基于光纤导光的太阳跟踪技术

发布时间：2020-11-09 03:17

　　 在能源枯竭的当下,太阳能作为一种清洁无污染并可再生的绿色环保能源,受到了人们越来越多的关注。然而,太阳能的强度及空间分布的不均匀等特性很大程度上限制了太阳能的利用。太阳智能化跟踪技术可以有效的解决这一关键问题,提高对太阳能的利用效率。本文在总结现有太阳自动跟踪系统的特点及工作状态的基础上,提出了一种利用光纤传导技术来实现太阳光跟踪的自动化系统,将利用光纤的选择性导光功能与传统的光电传感器有机结合在一起,且将粗定位与精定位两部分结构合二为一,实现大范围和高精度的跟踪效果,简化了相关的控制系统的设计。具体方案如下:在太阳光存在大角度偏角时,首先由粗定位的光纤进行快速跟踪定位,当传感器的中轴线与太阳光线的夹角在精定位的范围内时,由精定位光纤进行微速精确定位,直至传感器中轴线对准太阳光。粗、精定位均由相同的两组光电池进行跟踪,实现了一体化设计,减化了硬件的设计。设计了一种双轴式调整机构,主要由两组步进电机在高度角和方位角两个方向进行稳定准确的定位调整。在硬件电路设计方面,跟踪控制部分是以单片机为控制核心,硬件的配置包括信号处理电路、模数转换和电机驱动电路等,以此来实现长时间高精度的稳定的太阳跟踪。实验结果表明:基于光纤导光的太阳光跟踪系统具有较高的精度与灵敏度,能确保跟踪面法线与太阳光线保持平行,且误差在允许的范围内,能够实现每天150°以上的大范围以及10h左右的自动化太阳跟踪,从而大大提高了对太阳光的接收效率。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK513.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景
        1.1.1 能源危机
        1.1.2 太阳能在能源发展中的优势与特点
        1.1.3 太阳能在中国的资源
    1.2 课题研究的意义
    1.3 国内外太阳跟踪系统的发展
        1.3.1 国外研究发展及现状
        1.3.2 国内研究发展及现状
    1.4 本课题的主要内容
2 太阳跟踪系统的总体设计
    2.1 太阳位置
        2.1.1 赤道坐标系
        2.1.2 地平坐标系
        2.1.3 确定太阳位置的计算
    2.2 跟踪系统的设计
        2.2.1 跟踪方式的确定
        2.2.2 跟踪装置的选择
    2.3 跟踪装置的结构设计
    2.4 电机的选择
    2.5 核心控制器的选择
    2.6 跟踪系统实现目标
    2.7 本章小结
3 光纤式传感器的设计
    3.1 太阳光线的特点
    3.2 光电传感器的跟踪方案
    3.3 光纤技术
        3.3.1 光纤的选择
        3.3.2 光纤的导光原理
        3.3.3 光纤的集光效率
        3.3.4 光纤的选用参数
    3.4 光电池的选择与特性
    3.5 新型光电传感器的设计
        3.5.1 光纤式光电传感器的结构
        3.5.2 传感器的工作原理
    3.6 传感器的可行性分析
        3.6.1 精定位的跟踪范围分析
        3.6.2 粗定位的范围分析
    3.7 跟踪精度分析
    3.8 本章小结
4 控制系统的设计
    4.1 控制系统的设计方案
        4.1.1 控制系统的总设计
        4.1.2 控制系统的硬件组成
        4.1.3 软件总设计
    4.2 控制器的设计
        4.2.1 单片机选型与引脚分配
        4.2.2 单片机引脚说明
    4.3 系统电源模块
    4.4 信号处理模块
    4.5 模数转换模块
        4.5.1 A/D转换芯片的选择
        4.5.2 A/D转换芯片的引脚说明
    4.6 电机驱动模块
        4.6.1 电机驱动分配
        4.6.2 电机的控制分配
    4.7 外围电路的设计
        4.7.1 显示部分
        4.7.2 时钟模块
    4.8 本章小结
5 传感器性能的实验分析
    5.1 光纤的传输
    5.2 实验部分
    5.3 实验改进
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    全文总结
    展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果

【参考文献】

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本文编号：2875799