基于菲涅耳透镜的太阳光聚光跟踪系统研究
发布时间：2023-01-14 15:33
太阳光室内导入照明是近些年的研究热点之一,也是太阳光能利用领域的重要应用之一。由于建筑物中室内光照不足,为了节约能源消耗,考虑将太阳光导入室内进行照明。这种方式可有效地利用太阳光,提升人类的室内生活质量,因此太阳光室内导入照明得到了广泛的关注。光纤型太阳光导入器具有光传输效率高、结构灵活、安装成本低等优点。为有效导光,通常采用透镜会聚的方法,将太阳光导入到光纤。针对现有光纤型太阳光会聚与追踪系统存在透镜尺寸小、会聚系统复杂、追踪稳定性差等缺点,本课题围绕基于菲涅耳透镜的太阳光聚光跟踪系统设计进行了理论分析、模拟仿真和实验研究,提出了两种追踪与会聚一体的太阳光光纤式聚光系统,主要工作如下:一.研究了基于菲涅耳透镜的光纤式太阳光聚光跟踪系统,确定了系统的结构布局,提出两种基于菲涅耳透镜的太阳光聚光器的方案设计,以实现高精度、大角度的聚光要求;二.完成了太阳光聚光跟踪系统各部分的光学设计和性能评价,包括聚光关键元器件之一的菲涅耳透镜的参数设计,采用Matlab软件计算了菲涅耳透镜的参数,分析了聚光系统的情况及其对聚光效果及跟踪角度的分析等;三.同时采用GPS粗定位和光电跟踪精定位两种方式实现...
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景、目的和意义
1.2 太阳跟踪方式的选择
1.2.1 视日运动轨迹跟踪
1.2.2 GPS卫星定位跟踪
1.2.3 光电跟踪
1.3 太阳跟踪机构
1.3.1 单轴跟踪
1.3.2 双轴跟踪
1.4 光学基本理论
1.5 聚光器
1.5.1 菲涅耳透镜的简介
1.5.2 菲涅耳透镜的设计
1.6 光纤耦合理论
1.7 玻璃锥棒
1.8 课题内容安排
第二章 太阳光会聚及采集模块
2.1 基于多锥棒型的太阳光会聚系统设计
2.1.1 基于多锥棒型的太阳光会聚系统总体设计
2.1.2 基于多锥棒型的太阳光会聚系统的跟踪规则
2.1.3 基于多锥棒型的太阳光会聚系统的参数计算
2.2 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统设计
2.2.1 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统总体设计
2.2.2 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统的跟踪规则
2.2.3 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统的参数计算
2.2.4双焦点菲涅耳透镜会聚光斑实验
2.3 传光光纤的选择
2.4 本章小结
第三章 基于GPS的太阳光聚光跟踪系统
3.1 硬件选择
3.1.1 单片机及相应模块的介绍
3.1.2 GPS模块
3.1.3 步进电机选择
3.1.4 光电传感器
3.2 粗定位和精定位方案设计
3.2.1 GPS卫星定位跟踪设计
3.2.2 光电跟踪设计
第四章 仿真与实验
4.1 GPS卫星定位跟踪(粗定位)
4.1.1 GPS卫星定位跟踪测试
4.1.2 GPS模块的指令解析
4.2 步进电机在光电跟踪方式中的调整(精定位调整)
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
发表论文和参加科研情况说明
附录A
A.1 配置引脚
A.2 使能DMA时钟、GPIO时钟及ADC1 时钟
A.3 配置ADC通道和DMA设置
A.4 GPS粗定位(部分)
A.5 四象限光电跟踪程序过程(部分)
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池板自动追光系统研究[J]. 贾丹平,王阳. 仪表技术与传感器. 2018(05)
[2]建筑工程节能措施和经济效益分析研究[J]. 马建国. 建筑技术开发. 2017(20)
[3]建筑节能的经济分析及对策建议[J]. 武强. 经济研究导刊. 2017(08)
[4]基于STM32的光伏发电自动跟踪系统设计[J]. 王男男,周伦,丁虹民. 电源技术. 2017(02)
[5]太阳高度角和方位角的计算算法[J]. 王慧,崔连延. 电子技术与软件工程. 2015(17)
[6]基于GPS/BDS的移动目标定位追踪系统设计[J]. 张超,顾济华. 现代电子技术. 2015(17)
[7]国内太阳能聚光PV/T系统聚光器的研究进展[J]. 王哲,端木琳,李祥立,舒海文. 太阳能. 2015(06)
[8]可见光通信中菲涅耳透镜仿真设计与优化[J]. 徐宁,徐丹彤,杨庚,孙晓芸. 量子电子学报. 2012(05)
[9]一种环面焦斑菲涅耳聚光器的设计与分析[J]. 张丽,陈志明,董前民,梁培. 激光与光电子学进展. 2012(09)
[10]我国农村清洁能源使用现状及消费意愿的分析——基于五省六市的农户调查数据[J]. 费佐兰,余志刚. 电网与清洁能源. 2011(08)
博士论文
[1]Fresnel聚光器的优化设计及其在聚光光伏中的应用研究[D]. 付蕊.华北电力大学(北京) 2017
[2]非跟踪型太阳能聚光器的优化分析和实验研究[D]. 李桂强.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]大范围太阳光跟踪系统的研究与实现[D]. 刘丕丕.江苏大学 2017
[2]太阳能电池板追光系统的研究[D]. 王阳.沈阳工业大学 2017
[3]智能光纤阳光照明系统的研究与设计[D]. 孙丽娟.华中科技大学 2015
[4]光纤式阳光导入照明系统设计[D]. 王念举.天津大学 2014
[5]太阳能板自动追光系统设计与实现[D]. 陶涛.安徽大学 2013
[6]太阳能追日系统的设计与实现[D]. 韩玥.长春工业大学 2013
[7]基于视日运动轨迹的双轴太阳跟踪系统的研究[D]. 曾利霞.湖北工业大学 2012
[8]光纤太阳光照明系统[D]. 田丰.北京化工大学 2012
[9]基于STM32的太阳跟踪控制系统的设计与研究[D]. 胖莹.燕山大学 2012
[10]农村沼气工程建设规划环境影响评价指标体系研究[D]. 温晴.南京农业大学 2010
本文编号：3730690
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景、目的和意义
1.2 太阳跟踪方式的选择
1.2.1 视日运动轨迹跟踪
1.2.2 GPS卫星定位跟踪
1.2.3 光电跟踪
1.3 太阳跟踪机构
1.3.1 单轴跟踪
1.3.2 双轴跟踪
1.4 光学基本理论
1.5 聚光器
1.5.1 菲涅耳透镜的简介
1.5.2 菲涅耳透镜的设计
1.6 光纤耦合理论
1.7 玻璃锥棒
1.8 课题内容安排
第二章 太阳光会聚及采集模块
2.1 基于多锥棒型的太阳光会聚系统设计
2.1.1 基于多锥棒型的太阳光会聚系统总体设计
2.1.2 基于多锥棒型的太阳光会聚系统的跟踪规则
2.1.3 基于多锥棒型的太阳光会聚系统的参数计算
2.2 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统设计
2.2.1 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统总体设计
2.2.2 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统的跟踪规则
2.2.3 基于双焦点菲涅耳透镜的太阳光会聚系统的参数计算
2.2.4双焦点菲涅耳透镜会聚光斑实验
2.3 传光光纤的选择
2.4 本章小结
第三章 基于GPS的太阳光聚光跟踪系统
3.1 硬件选择
3.1.1 单片机及相应模块的介绍
3.1.2 GPS模块
3.1.3 步进电机选择
3.1.4 光电传感器
3.2 粗定位和精定位方案设计
3.2.1 GPS卫星定位跟踪设计
3.2.2 光电跟踪设计
第四章 仿真与实验
4.1 GPS卫星定位跟踪(粗定位)
4.1.1 GPS卫星定位跟踪测试
4.1.2 GPS模块的指令解析
4.2 步进电机在光电跟踪方式中的调整(精定位调整)
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
发表论文和参加科研情况说明
附录A
A.1 配置引脚
A.2 使能DMA时钟、GPIO时钟及ADC1 时钟
A.3 配置ADC通道和DMA设置
A.4 GPS粗定位(部分)
A.5 四象限光电跟踪程序过程(部分)
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池板自动追光系统研究[J]. 贾丹平,王阳. 仪表技术与传感器. 2018(05)
[2]建筑工程节能措施和经济效益分析研究[J]. 马建国. 建筑技术开发. 2017(20)
[3]建筑节能的经济分析及对策建议[J]. 武强. 经济研究导刊. 2017(08)
[4]基于STM32的光伏发电自动跟踪系统设计[J]. 王男男,周伦,丁虹民. 电源技术. 2017(02)
[5]太阳高度角和方位角的计算算法[J]. 王慧,崔连延. 电子技术与软件工程. 2015(17)
[6]基于GPS/BDS的移动目标定位追踪系统设计[J]. 张超,顾济华. 现代电子技术. 2015(17)
[7]国内太阳能聚光PV/T系统聚光器的研究进展[J]. 王哲,端木琳,李祥立,舒海文. 太阳能. 2015(06)
[8]可见光通信中菲涅耳透镜仿真设计与优化[J]. 徐宁,徐丹彤,杨庚,孙晓芸. 量子电子学报. 2012(05)
[9]一种环面焦斑菲涅耳聚光器的设计与分析[J]. 张丽,陈志明,董前民,梁培. 激光与光电子学进展. 2012(09)
[10]我国农村清洁能源使用现状及消费意愿的分析——基于五省六市的农户调查数据[J]. 费佐兰,余志刚. 电网与清洁能源. 2011(08)
博士论文
[1]Fresnel聚光器的优化设计及其在聚光光伏中的应用研究[D]. 付蕊.华北电力大学(北京) 2017
[2]非跟踪型太阳能聚光器的优化分析和实验研究[D]. 李桂强.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]大范围太阳光跟踪系统的研究与实现[D]. 刘丕丕.江苏大学 2017
[2]太阳能电池板追光系统的研究[D]. 王阳.沈阳工业大学 2017
[3]智能光纤阳光照明系统的研究与设计[D]. 孙丽娟.华中科技大学 2015
[4]光纤式阳光导入照明系统设计[D]. 王念举.天津大学 2014
[5]太阳能板自动追光系统设计与实现[D]. 陶涛.安徽大学 2013
[6]太阳能追日系统的设计与实现[D]. 韩玥.长春工业大学 2013
[7]基于视日运动轨迹的双轴太阳跟踪系统的研究[D]. 曾利霞.湖北工业大学 2012
[8]光纤太阳光照明系统[D]. 田丰.北京化工大学 2012
[9]基于STM32的太阳跟踪控制系统的设计与研究[D]. 胖莹.燕山大学 2012
[10]农村沼气工程建设规划环境影响评价指标体系研究[D]. 温晴.南京农业大学 2010
本文编号：3730690
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3730690.html
