發(fā)布時(shí)間：2021-08-15 03:30

　　雖然太陽(yáng)能利用技術(shù)開(kāi)發(fā)歷史已逾300年,但由于太陽(yáng)光能量密度小,易受季節(jié)、地理位置、天氣影響的特點(diǎn),太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率仍然不足30%,如何提高太陽(yáng)能的利用效率一直是困擾人們的一大難題。本文以延長(zhǎng)太陽(yáng)能直射時(shí)間為視角,基于MCU控制技術(shù)設(shè)計(jì)了方位角-高度角雙軸太陽(yáng)能追日系統(tǒng),采用了視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法預(yù)先計(jì)算太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡,通過(guò)自主設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制器控制太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。本文著重介紹了視日運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算、追日系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三部分,基于Keil嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境完成太陽(yáng)角度計(jì)算以及追日程序的編譯。本文追日系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):1.搭載GPS定位模塊,可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯度地理位置信息和時(shí)間信息的自動(dòng)獲取,跟蹤系統(tǒng)基于視日運(yùn)動(dòng)軌跡方法設(shè)計(jì),不依賴于光電跟蹤傳感器,能夠在復(fù)雜天氣情況下精確計(jì)算太陽(yáng)位置;2.設(shè)計(jì)了高度角-方位角雙軸跟蹤方案,太陽(yáng)能電池板可以實(shí)現(xiàn)水平軸、赤道軸兩種形式的運(yùn)動(dòng)跟蹤;3.本文采用了輕量化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了風(fēng)速傳感模塊,在大風(fēng)環(huán)境下自動(dòng)響應(yīng)中斷程序,保護(hù)太陽(yáng)能追日系統(tǒng)免受大風(fēng)破壞。本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能追日系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤,通過(guò)延長(zhǎng)太陽(yáng)光照直射時(shí)間提高太陽(yáng)能電池陣列... 

【文章來(lái)源】：河北科技師范學(xué)院河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

跟蹤式與非跟蹤式光伏組件太陽(yáng)能接收情況對(duì)比圖

第二章太陽(yáng)能追日系統(tǒng)跟蹤方案設(shè)計(jì)圖2-1太陽(yáng)能追日系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)示意圖Fig.2-1Schematicdiagramoftherotationaxisofsolartrackingsystem（2）極軸式跟蹤系統(tǒng)與高度角-方位角式跟蹤系統(tǒng)不同，極軸式跟蹤系統(tǒng)的兩根旋轉(zhuǎn)軸分別平行于地球的赤緯軸和天軸（地軸）的極軸[20]。工作時(shí)，追日系統(tǒng)控制電池板自東向西繞極軸運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)速度與地球自轉(zhuǎn)速度相當(dāng)；同時(shí)，定期繞赤緯軸做俯仰運(yùn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)高度角的變化。這種跟蹤方式易于實(shí)現(xiàn)，但在支承裝置的設(shè)計(jì)上存在困難，因此使用較少。出于設(shè)計(jì)穩(wěn)定性和跟蹤精度考慮，本文選用方位角-高度角雙軸式跟蹤方案，這種結(jié)構(gòu)適用性高，設(shè)計(jì)時(shí)可不用考慮經(jīng)緯度位置，適用于大多數(shù)地區(qū)使用，跟蹤精度較高。2.2太陽(yáng)能追日系統(tǒng)跟蹤工作原理本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能追日系統(tǒng)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法，是一種根據(jù)太陽(yáng)的天文學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其跟蹤原理是：先根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度信息和時(shí)間信息預(yù)先計(jì)算出太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律，即事先計(jì)算出太陽(yáng)在一天內(nèi)各時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡的理論值，同時(shí)光敏傳感器檢測(cè)到的太陽(yáng)軌跡信息對(duì)理論值進(jìn)行位置誤差補(bǔ)償，由MCU控制器發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以理論值和補(bǔ)償值為依據(jù)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板的角度調(diào)9

第二章太陽(yáng)能追日系統(tǒng)跟蹤方案設(shè)計(jì)整，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)軌跡的精確跟蹤。圖2-2所示為視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤工作原理圖。圖2-2跟蹤裝置工作原理圖Fig.2-2Workingprinciplediagramofsolartrackingsystem太陽(yáng)能追日系統(tǒng)安裝了光敏傳感器，將檢測(cè)到的太陽(yáng)光的位置信號(hào)發(fā)送給MCU控制器，MCU預(yù)寫(xiě)程序自動(dòng)計(jì)算太陽(yáng)方位角、高度角的補(bǔ)償量α、β，并對(duì)理論值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正補(bǔ)償。通常，每當(dāng)太陽(yáng)偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，或每隔一定時(shí)間段后（一般5-10分鐘左右），控制器向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令，控制太陽(yáng)能電池板運(yùn)動(dòng)至其法線與太陽(yáng)光線方向平行，然后靜待下一次運(yùn)動(dòng)指令。太陽(yáng)能追日系統(tǒng)一直重復(fù)這樣的間歇性運(yùn)動(dòng)，當(dāng)夜間沒(méi)有太陽(yáng)的時(shí)候則一直保持靜默。太陽(yáng)能追日全過(guò)程全自動(dòng)運(yùn)行，可以是南北向、東西向雙方向控制，也可以單向控制，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化程度高[21-22]。2.3太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤設(shè)計(jì)就是預(yù)先在控制器MCU中寫(xiě)入太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算方法，當(dāng)系統(tǒng)輸入時(shí)間和位置信息后，控制器可根據(jù)輸入信息計(jì)算得出太陽(yáng)不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡信息。知道太陽(yáng)高度角、方位角信息后，控制器MCU即可驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)位置[23-24]。因此，如何根據(jù)地理位置和時(shí)間信息計(jì)算出太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡是太陽(yáng)能追日系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。2.3.1太陽(yáng)高度角αs10

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3343761