發(fā)布時間：2021-08-15 03:30

　　雖然太陽能利用技術(shù)開發(fā)歷史已逾300年,但由于太陽光能量密度小,易受季節(jié)、地理位置、天氣影響的特點,太陽能的轉(zhuǎn)換效率仍然不足30%,如何提高太陽能的利用效率一直是困擾人們的一大難題。本文以延長太陽能直射時間為視角,基于MCU控制技術(shù)設計了方位角-高度角雙軸太陽能追日系統(tǒng),采用了視日運動軌跡跟蹤方法預先計算太陽的運動軌跡,通過自主設計的單片機控制器控制太陽能電池板實現(xiàn)精確跟蹤。本文著重介紹了視日運動軌跡的計算、追日系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計及控制系統(tǒng)設計三部分,基于Keil嵌入式開發(fā)環(huán)境完成太陽角度計算以及追日程序的編譯。本文追日系統(tǒng)具有以下特點:1.搭載GPS定位模塊,可以實現(xiàn)經(jīng)緯度地理位置信息和時間信息的自動獲取,跟蹤系統(tǒng)基于視日運動軌跡方法設計,不依賴于光電跟蹤傳感器,能夠在復雜天氣情況下精確計算太陽位置;2.設計了高度角-方位角雙軸跟蹤方案,太陽能電池板可以實現(xiàn)水平軸、赤道軸兩種形式的運動跟蹤;3.本文采用了輕量化設計,設計了風速傳感模塊,在大風環(huán)境下自動響應中斷程序,保護太陽能追日系統(tǒng)免受大風破壞。本文設計的太陽能追日系統(tǒng)可以實現(xiàn)對太陽運動軌跡跟蹤,通過延長太陽光照直射時間提高太陽能電池陣列... 

【文章來源】：河北科技師范學院河北省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

跟蹤式與非跟蹤式光伏組件太陽能接收情況對比圖

第二章太陽能追日系統(tǒng)跟蹤方案設計圖2-1太陽能追日系統(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，追日系統(tǒng)控制電池板自東向西繞極軸運動，旋轉(zhuǎn)速度與地球自轉(zhuǎn)速度相當；同時，定期繞赤緯軸做俯仰運動以跟蹤太陽高度角的變化。這種跟蹤方式易于實現(xiàn)，但在支承裝置的設計上存在困難，因此使用較少。出于設計穩(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，設計時可不用考慮經(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太陽能追日系統(tǒng)跟蹤工作原理本文設計的太陽能追日系統(tǒng)采用視日運動軌跡跟蹤方法，是一種根據(jù)太陽的天文學參數(shù)設計的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其跟蹤原理是：先根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)緯度信息和時間信息預先計算出太陽的運行規(guī)律，即事先計算出太陽在一天內(nèi)各時刻的運動軌跡的理論值，同時光敏傳感器檢測到的太陽軌跡信息對理論值進行位置誤差補償，由MCU控制器發(fā)出驅(qū)動信號，以理論值和補償值為依據(jù)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對太陽能電池板的角度調(diào)9

第二章太陽能追日系統(tǒng)跟蹤方案設計整，最終實現(xiàn)對太陽軌跡的精確跟蹤。圖2-2所示為視日運動軌跡跟蹤工作原理圖。圖2-2跟蹤裝置工作原理圖Fig.2-2Workingprinciplediagramofsolartrackingsystem太陽能追日系統(tǒng)安裝了光敏傳感器，將檢測到的太陽光的位置信號發(fā)送給MCU控制器，MCU預寫程序自動計算太陽方位角、高度角的補償量α、β，并對理論值計算結(jié)果進行修正補償。通常，每當太陽偏轉(zhuǎn)角度達到設定值時，或每隔一定時間段后（一般5-10分鐘左右），控制器向驅(qū)動器發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令，控制太陽能電池板運動至其法線與太陽光線方向平行，然后靜待下一次運動指令。太陽能追日系統(tǒng)一直重復這樣的間歇性運動，當夜間沒有太陽的時候則一直保持靜默。太陽能追日全過程全自動運行，可以是南北向、東西向雙方向控制，也可以單向控制，整個過程自動化程度高[21-22]。2.3太陽運動軌跡計算視日運動軌跡跟蹤設計就是預先在控制器MCU中寫入太陽的運動軌跡計算方法，當系統(tǒng)輸入時間和位置信息后，控制器可根據(jù)輸入信息計算得出太陽不同時刻的運動軌跡信息。知道太陽高度角、方位角信息后，控制器MCU即可驅(qū)動直流電機實時跟蹤太陽位置[23-24]。因此，如何根據(jù)地理位置和時間信息計算出太陽的運動軌跡是太陽能追日系統(tǒng)設計的關(guān)鍵。2.3.1太陽高度角αs10

【參考文獻】：
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碩士論文
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