設計了一套雙軸太陽跟蹤器,系統(tǒng)采用太陽固定軌跡跟蹤和光電跟蹤兩種方式相結合的新型跟蹤方式。晴天時,先根據計算得到的太陽高度角和方位角控制電動機進行粗略跟蹤,再使用光電傳感器實現(xiàn)精確跟蹤;陰雨天時,光照強度不夠,光敏傳感器的干擾較大,此時單獨使用太陽固定軌跡方式。實用結果表明,該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)精確實時跟蹤太陽,保證太陽能利用率達到最高。 

【文章來源】：實驗室研究與探索. 2018,37(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)整體設計思路(1)高度角-方位角式跟蹤模塊

第1期李真，等:太陽跟蹤器模擬實驗系統(tǒng)示為系統(tǒng)整體設計思路［3］。圖1系統(tǒng)整體設計思路(1)高度角-方位角式跟蹤模塊。太陽的運行規(guī)律有跡可循。該模塊主要根據太陽的運行規(guī)律來計算實時高度角和方位角以及太陽跟蹤器的仰角和水平角(見圖2)。利用時鐘芯片和單片機控制單元根據當?shù)氐慕浘暥群蛯崟r時間計算出太陽的實時位置，實現(xiàn)跟蹤［4-5］。①Cooper方程δ:太陽赤緯角δ每天在－23°27'～+23°27'的范圍內發(fā)生變化。由Cooper方程可以計算得到春分后第d天的δ=23．45sin2πd365(1)②太陽時角ω:正午時ω=0，每隔1h增加15°，上午為正，下午為負。③太陽高度角h:sinh=sin［90°±(φ－δ)］(2)④太陽方位角γ:sinγ=cosδsinωcosh(3)圖2太陽角示意圖⑤日照時間:日出日沒時間計算公式為cosωω=－tanφtanδ(4)式中:ωθ表示日出或日沒時角，正為日沒時角，負為日出時角。1d中可能的日照時間為N=215arccos(－tanφtanδ)(5)確定太陽跟蹤系統(tǒng)所在地的經緯度和時刻，就可以利用上述太陽高度角和方位角的數(shù)學模型計算出太陽的高度角和方位角。從而控制電動機實現(xiàn)實時跟蹤［6］。(2)光電傳感器跟蹤模塊。該模塊將檢測到的信號送到單片機進行處理，完成對太陽位置的探測和跟蹤。本系統(tǒng)采用的光電傳感器是5個光電二極管，用于檢測晴天或陰天。太陽能電池板上的光電傳感器實時檢測太陽光的入射方向，并把信號發(fā)送給單片機，單片機進行處理，控制電動機改變太陽能電池板的位置，使太陽能利用率達到最高［7］。不同的光敏半導體在數(shù)量和尺寸上存在著差異，導致光電跟蹤模型種類眾多。綜合考慮各種因素，本系統(tǒng)的光電傳感器模型設計如圖3、4所示。圖3光敏二極管分布模型圖4?

第1期李真，等:太陽跟蹤器模擬實驗系統(tǒng)示為系統(tǒng)整體設計思路［3］。圖1系統(tǒng)整體設計思路(1)高度角-方位角式跟蹤模塊。太陽的運行規(guī)律有跡可循。該模塊主要根據太陽的運行規(guī)律來計算實時高度角和方位角以及太陽跟蹤器的仰角和水平角(見圖2)。利用時鐘芯片和單片機控制單元根據當?shù)氐慕浘暥群蛯崟r時間計算出太陽的實時位置，實現(xiàn)跟蹤［4-5］。①Cooper方程δ:太陽赤緯角δ每天在－23°27'～+23°27'的范圍內發(fā)生變化。由Cooper方程可以計算得到春分后第d天的δ=23．45sin2πd365(1)②太陽時角ω:正午時ω=0，每隔1h增加15°，上午為正，下午為負。③太陽高度角h:sinh=sin［90°±(φ－δ)］(2)④太陽方位角γ:sinγ=cosδsinωcosh(3)圖2太陽角示意圖⑤日照時間:日出日沒時間計算公式為cosωω=－tanφtanδ(4)式中:ωθ表示日出或日沒時角，正為日沒時角，負為日出時角。1d中可能的日照時間為N=215arccos(－tanφtanδ)(5)確定太陽跟蹤系統(tǒng)所在地的經緯度和時刻，就可以利用上述太陽高度角和方位角的數(shù)學模型計算出太陽的高度角和方位角。從而控制電動機實現(xiàn)實時跟蹤［6］。(2)光電傳感器跟蹤模塊。該模塊將檢測到的信號送到單片機進行處理，完成對太陽位置的探測和跟蹤。本系統(tǒng)采用的光電傳感器是5個光電二極管，用于檢測晴天或陰天。太陽能電池板上的光電傳感器實時檢測太陽光的入射方向，并把信號發(fā)送給單片機，單片機進行處理，控制電動機改變太陽能電池板的位置，使太陽能利用率達到最高［7］。不同的光敏半導體在數(shù)量和尺寸上存在著差異，導致光電跟蹤模型種類眾多。綜合考慮各種因素，本系統(tǒng)的光電傳感器模型設計如圖3、4所示。圖3光敏二極管分布模型圖4?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]風擺控制實驗系統(tǒng)設計[J]. 余善恩,李真.  實驗技術與管理. 2017(06)
[2]基于STM32的光電式太陽跟蹤系統(tǒng)設計[J]. 劉卿卿,俞強,趙毛毛,王競雄.  儀表技術與傳感器. 2017(01)
[3]太陽跟蹤控制系統(tǒng)的研究與設計[J]. 趙建華,張婷婷.  電子測量技術. 2016(03)
[4]基于光電池的太陽光自動追蹤裝置的研制[J]. 張書博,張瀟峰.  科技創(chuàng)新與應用. 2015(31)
[5]便攜式智能太陽輻照傳感器[J]. 蔡一凡,張臻,劉升,全鵬.  儀表技術與傳感器. 2015(06)
[6]雙模式互補高精度太陽跟蹤系統(tǒng)的設計[J]. 鄭恩讓,李明勇,寧鐸.  自動化與儀表. 2013(02)
[7]基于ARM920T的太陽能電池板自動追光系統(tǒng)[J]. 郭文川,周超超,劉興林,夏田俊.  實驗技術與管理. 2012(01)
[8]智能雙模式太陽跟蹤器[J]. 王紅睿,王玉鵬,方偉.  光學精密工程. 2011(07)
[9]太陽跟蹤自動化控制系統(tǒng)設計[J]. 王東江,劉亞軍.  數(shù)字技術與應用. 2010(07)
[10]一種單片機鍵盤電路設計與消抖處理[J]. 劉天時,劉賞,付春.  計算機與網絡. 2010(10)

碩士論文
[1]基于LabVIEW和單片機的太陽自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)[D]. 朱杰.武漢理工大學 2013
[2]基于FPGA的步進電機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 黃露.重慶大學 2011
[3]基于光敏感應及角度計算的太陽追蹤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 王濤.電子科技大學 2009
[4]基于DSP的太陽跟蹤控制系統(tǒng)研究[D]. 張翌翀.上海交通大學 2008



本文編號：3108887