太陽能接收裝置自動跟蹤系統(tǒng)研究

發(fā)布時間：2020-07-18 03:36

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,居民和企業(yè)的用電量大幅度增加�；痣姀S以其耗能大、污染重、效率低的缺點(diǎn)必將會被淘汰。人們的注意力正逐漸轉(zhuǎn)向可再生能源的利用與開發(fā),太陽能毫無疑問將會是未來人類最安全、最綠色、最理想的替代能源。但是太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時間不斷變化的問題,所以如何實(shí)現(xiàn)太陽能光伏板對太陽位置的自動跟蹤成為了迫切需要解決的問題。本文就是在這一背景下提出的視頻太陽能跟蹤系統(tǒng)。通過對國內(nèi)外現(xiàn)有跟蹤方式的對比分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在普遍采用的光電式跟蹤存在著不能連續(xù)監(jiān)測太陽光線變化的缺點(diǎn),再綜合其他傳感方式的優(yōu)缺點(diǎn),本文提出了采用視頻攝像頭為傳感器元件的跟蹤方式。針對長時間注視太陽會照成攝像頭灼傷的問題,采用巴德膜濾光,巴德膜在消減光線和有害輻射的同時,并不會降低被攝物的反差,對視頻信號無影響。視頻跟蹤的方式不僅解決了連續(xù)監(jiān)測光線變化的問題,還提高了跟蹤的精確度。該系統(tǒng)去掉了外圍復(fù)雜的控制電路,利用MATLAB軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力為核心,通過數(shù)字圖像處理技術(shù)和模糊模式識別的方法確定太陽的位置。利用計(jì)算機(jī)龐大的內(nèi)存空間構(gòu)建了太陽位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)庫,方便陰雨天或其他無法檢查到太陽時候調(diào)用,增加了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。針對舊有跟蹤系統(tǒng)的抽象性,開發(fā)了用于人機(jī)交互的可視化程序界面GUI,界面上設(shè)有時間顯示功能并設(shè)計(jì)了手動控制按鈕,方便控制人員監(jiān)控現(xiàn)場和手動糾錯。將太陽的位置坐標(biāo)再經(jīng)過一些簡單的計(jì)算處理作為控制信號控制現(xiàn)場跟蹤機(jī)構(gòu)的移動。現(xiàn)場采用西門子公司的S7-200 CPU224 PLC做為輸出的控制單元,通過掃描輸出的方法依次控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動跟蹤。通過本論文制作了簡易的模型,通過與光敏比較式跟蹤器的比較驗(yàn)證了其高精確性,并通過長期運(yùn)行和監(jiān)控驗(yàn)證了其具有很高的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該裝置滿足跟蹤的要求,達(dá)到了預(yù)期的研究目的。視頻太陽能跟蹤系統(tǒng)操作簡單、性能穩(wěn)定、實(shí)時性強(qiáng),維護(hù)方便,采用模糊識別大大提高了系統(tǒng)的智能性,具有非常好實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK513.4
【圖文】：

變化預(yù)測,可再生能源

什么可再生能源是未來人類最安全、最綠色、最理想的替代能源呢？太陽能無疑逡逑是首選。逡逑如圖１．１所示，Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋Ｊｏｉｎｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋Ｃｅｎｔｒｅ（ＪＲＣ）在２００４年發(fā)布了未來能源結(jié)構(gòu)與逡逑需求總量變化預(yù)測表。預(yù)測的依據(jù)來源于各種能源的資源量和它們未來技術(shù)的發(fā)展?jié)摿�。逡逑表中不難看出，可再生能源比重在２０３０年出現(xiàn)拐點(diǎn)，預(yù)計(jì)到２０３０、２０５０、２０７０和２１００年逡逑將分別達(dá)到３０％、６２％、７３％和８６％。其中如圖所示中的光伏和太陽熱發(fā)電部分，可Ｗ看逡逑出到２１００年將占總能源比重的６０％左右，可見太陽能的發(fā)展?jié)摿薮�。逡逑１６００１邐ｒ邐１＾１邋畫~栧義希齲汕苫閃藶義希保矗埃埃喂梢逖舴呵懾義希保玻埃埃我誨澹輳輳歟�，辶x下保埃埃板濉巍巍跚煞商蓅{電逡逑Ｉ邋抑。－置z鰹禱義希懾�，湖ＩＩＩ＊鍌�。甒巧巧生均巧巧逡逑２０００邐２０１０邐２０２０邐２０３０邐２０４０邐２０５０邐２１００逡逑圖１．１未來１００年世界能源結(jié)構(gòu)變化預(yù)測逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｎｅｘｔ邋１００邋ｙｅａｒｓ，邋ｓｔｒｕｃｔｕｉａｌ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｉ打邋ｗｏｒｌｄ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｆｏｒｅｃａｓｔｓ逡逑－１邋－逡

原理圖,極軸,原理圖

逡逑如圖２．３所示，跟蹤裝置的一個軸指向天體北極，稱為極軸；另一軸垂直于極軸，稱為逡逑赤諱軸。由于一天中太陽在空中的移動是地球自轉(zhuǎn)引起的，所Ｗ固定在極軸上的能源接收逡逑裝置Ｗ同速反向繞極軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對方位角的跟蹤。對高度角的跟蹤，控制反射鏡環(huán)繞赤逡逑韓軸做俯仰旋轉(zhuǎn)。由于其起因?yàn)榈厍虻墓D(zhuǎn)，需根據(jù)季節(jié)而定。送種跟蹤方式的優(yōu)點(diǎn)在于逡逑結(jié)構(gòu)簡單，但由于反射鏡重也與設(shè)備的主要支撐軸線不重合，所承受的應(yīng)力較大。這對極逡逑軸的支承裝置強(qiáng)度上要求很高，難于設(shè)計(jì)Ｐ１１。逡逑圖２．３極軸跟蹤原理圖逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋Ｐｏｌａｒ邋Ｔｒａｃｋｉｎｇ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ逡逑高度角一方位角式太陽位置跟蹤法原理如圖２．４所示。方位軸與地平面垂直，俯仰軸逡逑垂直于方位軸。通過太陽光線接收部分圍繞方位軸的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)對方位角（水平方向）的逡逑跟蹤，俯仰位置通過繞俯仰軸轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)。通過兩軸的共同作用，使太陽的入射光線與接逡逑收面始終保持垂直。高度角方位角轉(zhuǎn)置的的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)

原理圖,高度角,位角,原理圖