光伏发电双轴巡日跟踪系统的研究

发布时间：2023-03-24 05:02

　　面对迫在眉睫的能源危机,太阳能作为具有清洁无污染、用之不竭等特点的新能源受到了全球性的青睐,光伏发电技术正在快速向前发展。光伏发电自动跟踪装置可以提高太阳能的利用率,增加太阳电池的发电量,在光伏发电中获得广泛应用。本文首先分析了影响光伏转效率的因素、太阳运行规律,对比了常用的跟踪方法,采用以光电跟踪为主结合视日运动轨迹跟踪的混合式跟踪方式；然后进行了机械部件、控制部件、光电检测硬件电路等方面的设计工作,以及步进电机的脉宽调制波细分控制及系统调试工作；接着根据系统要求设计了双轴转动机械装置,通过步进电机带动转轴,完成对太阳高度角和方位角的调整；控制部件使用了MC9S12XS128单片机作为控制器芯片,结合模糊PID控制算法对步进电机进行了脉宽调制波细分控制,并对细分控制后的角度进行了测试研究；接着利用改进粒子群优化算法对模糊PID控制器参数进行了优化；最后本文结合光照检测电路的仿真及实物测试研究结果,以及在实物装置上进行的双轴自动跟踪实验,确定了系统中电机正反转电压阈值。通过对实验数据的分析,证明了该跟踪方案具有可行性和有效性,能够实现对太阳的跟踪,数据表明本文中的跟踪系统的跟踪精度在±...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 太阳能发电跟踪系统的相关理论分析
    2.1 影响光伏转换效率的因素分析
        2.1.1 太阳能电池的特性分析
        2.1.2 太阳辐照度与太阳能电池输出的耦合分析
    2.2 太阳运行轨迹的计算
        2.2.1 地平坐标系
        2.2.2 赤道坐标系
        2.2.3 太阳高度角和方位角的计算
        2.2.4 日出、日落的时角和方位角
    2.3 太阳跟踪方式
        2.3.1 光电跟踪
        2.3.2 视日运动轨迹跟踪
        2.3.3 太阳跟踪方式的选择
        2.3.4 系统抗风性能
    本章小结
第三章 系统的硬件设计
    3.1 控制系统硬件总体设计
    3.2 控制器的选择
    3.3 单片机模块介绍
        3.3.1 输入/输出端口
        3.3.2 PWM模块
        3.3.3 串行通信
        3.3.4 实时时钟
    3.4 光强检测电路
        3.4.1 光敏传感器的选择
        3.4.2 光强检测电路设计
    3.5 机械执行装置设计
    3.6 步进电机控制分析
        3.6.1 脉冲宽度调制(PWM)技术
        3.6.2 步进电机细分控制
        3.6.3 步进电机转角的测试实验
    本章小结
第四章 系统的软件设计
    4.1 系统建模
    4.2 PID控制的原理及特点
    4.3 模糊PID控制器的设计
        4.3.1 模糊控制的基本原理
        4.3.2 模糊PID控制器的结构设计
    4.4 基于粒子群算法的模糊PID参数寻优
        4.4.1 基本粒子群算法极其改进
        4.4.2 粒子群优化模糊PID参数的相关设计
        4.4.3 粒子群优化模糊PID参数的仿真分析
    4.5 系统软件设计
        4.5.1 总体设计
        4.5.2 系统初始化模块
        4.5.3 光电跟踪模块
        4.5.4 定时跟踪模块
    本章小结
第五章 双轴自动跟踪系统调试及其结果检验
    5.1 检测电路的实验研究
        5.1.1 光敏三极管检测电路测试
        5.1.2 光信号检测电路测试研究
    5.2 电压阈值设定
    5.3 系统调试
    本章小结
总结
参考文献
附录A 插图清单
附录B 表格清单
附录C 主要程序源码
在学研究成果
致谢



本文编号：3769498