太阳跟踪控制器的设计与实现

发布时间：2020-08-08 08:18

【摘要】：研究、发展和利用新的洁净能源,特别是太阳能,成为解决能源与环境协调相容与能源短缺问题和实现人类可持续发展等相关问题的重要途径。太阳能是广泛分布并且取之不尽、用之不竭的“绿色”环保可再生新能源,是世界各国应对能源危机的最佳解决方案之一。但是目前大规模的太阳能应用中光伏电池转换效率不高,而且成本价格很高。因此为了增加太阳能发电的发电量及发电效率,应当采用自动跟踪式的发电装置取代固定安装的太阳能光伏电池板和其它太阳能设备。本论文以上海电气中央研究院太阳能集热控制技术研究及应用课题作为项目背景,分析了太阳方位角和高度角的变化规律以及跟踪控制的控制要求,搭建跟踪控制系统总体结构,并应用TI公司TMS320F2812数字信号处理器(DSP)作为核心控制芯片,由带位置传感器的直流电机作为执行机构,控制电池板的支撑轴俯仰角,能对系统进行风速监控保护,能与上位机系统实现实时通讯,具备手动控制与自动跟踪两种不同的工作模式,保证系统的抗干扰能力和鲁棒性,实现太阳跟踪的自动控制。通过联机试验结果表明,所设计的跟踪控制器具有良好的性能,能显著的提高光伏发电的发电效率。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.4;TM615
【图文】：

示意图,太阳能资源,示意图

使太阳能利用术的快速发展与大规模应用。地球潜在的太阳能资源为2.5-80TW[、我国太阳能资源丰富，图1.1所示为我国太阳能资源分布情况示意图，我国国土面积上每年所接收到的太阳辐射能量相当于1.9X1012吨标准煤，达到5.6X1022焦耳t5]。因为太阳辖射能量容易受气候、地理位置等不确定环境条件因素的影响，所以其分布具有明显的地域性差异的特征。如何更加高效的对太阳能加以利用是当前急需发展的关键技术，为了提高光伏电池板和太阳能集热器光电转换效率以及降低太阳能发电系统的成本，世界各国纷纷投入大量的资金研究太阳能发电的实用性[61。总的来说，要实现上述目标主要有以下两种不同的方法：一是进一步提高太阳能的能量转换效率，二是安装太阳角度自动跟踪系统以使太阳能光伏阵列和集热装置能始终对准太阳。在现有的大量太阳能光伏发电系统和太阳能集热装置中

装置图,太阳能发电

降低甚至不能有效的进行聚光，降低了发电效率。因此为提高太阳能利用率和发电量，太阳能发电装置需要引入太阳跟踪控制系统。图1.2为太阳能发电装置图，图（a)为太阳能光伏发电系统，光伏电池板能在两个维度的电机控制下跟踪太阳运动，保持与太阳入射光

原理图,跟踪方式,焦线,原理图

简单的太阳跟踪控制装置的发电装置比固定位置和角度安装的发电装置的太阳能利用率高出20%以上如图1.3PG]为焦线水平布置-南北跟踪方式的原理示意图，其中转轴（焦线）为东西方向布置，跟踪轨迹为根据预先计算得到的太阳赤讳角的变化数据，光伏电池板或集热装置绕转轴转动从而现实对太阳位置的实时跟踪。安装了这种太阳跟踪控制系统的装置在正午时刻效率最高，而上午和下午时阳光都是斜射射入电池板，因此效率较低，这种跟踪方式虽然结构简单、成本低，但是他并不能使入射的太阳光线始终垂直于电池板或集热装置的反射镜，因此对太阳能利用的效率的提高并不是很理想[21]。天顶. 北极南图1.3焦线水平布置-南北跟踪方式原理图Fig.1.3 Schematic diagram of E-W placement of axle focal line(2)双轴跟踪双轴跟踪是在太阳高度角和赤yN角两个维度上对太阳的全方位跟踪，它有两个不同的跟踪方式：极轴式全跟踪和高度角-方位角式全跟踪。

【参考文献】