主动式太阳跟踪系统研究

论文摘要

随着煤炭、石油、天然气等化石燃料的迅速消耗,以及由此带来的能源危机与环境污染的日益加剧,世界各国都在致力寻求新能源的开发。目前在新能源的开发和利用中,对太阳能源的开发利用是最重视的,太阳能光伏发电技术是太阳能利用的一个重要组成部分。由于地球的不停运动,地面接收到的太阳能的空间分布是低密度、不断变化的,导致对太阳能的利用效率不高,因此研制太阳跟踪系统是提高太阳能利用效率的重要途径。本论文的研究内容主要包括以下几个方面：1.太阳跟踪规律研究。本论文从理论上分析了进行太阳跟踪的必要性；通过研究太阳运行规律,设计了太阳高度角方位角的主动式跟踪方案；根据跟踪系统安装的地理纬度以及对跟踪系统设置时的日期和时间,可以求出此刻太阳高度角和方位角的值；随着时间的变化,太阳高度角方位角也随之进行有规律的改变。2.跟踪系统控制方法研究。本论文确立了间歇式双轴跟踪方式,在保证精确跟踪的前提下达到有效利用电能的目的。3.DSP硬件电路设计。本论文采用专门用于电机控制的TMS320LF2407A DSP芯片进行双轴跟踪控制；对DSP芯片的外围电路进行设计,包括时钟电路、复位电路、串行通信接口电路等。4.步进电机驱动电路设计。本论文采用步进电机配合间歇跟踪方式；当电机步距角不满足要求的情况下,设计细分电机步距角,以达到设计要求。5.系统软件设计。本论文在DSP的专用开发环境CCS中完成太阳高度角和方位角的天文算法、脉冲控制及其相关控制方面的软件设计工作；利用可视化编程工具LabVIEW进行上位机控制与显示界面的设计。6.实验与分析。本论文使用该跟踪系统对太阳能电池板的输出电能进行了实时测量,得到输出电能与太阳光线强度之间的关系；同时将系统得到的太阳高度角方位角值与天文计算软件SkyMap所得的值进行比较,实验数据表明该系统达到设计要求,具有较高可靠性。7.总结与展望。总结了本论文的主要研究工作,对太阳跟踪系统的后续研究作了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 太阳跟踪器的国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 太阳跟踪规律与控制方法的研究
• 2.1 太阳能电池的工作原理
• 2.2 实施太阳跟踪的必要性分析
• 2.3 两种主要的跟踪方式
• 2.4 太阳跟踪规律的计算设计
• 2.4.1 赤纬角和时角的计算方法
• 2.4.2 太阳高度角和方位角的计算方法
• 2.4.3 日出日落时刻的计算方法
• 2.5 双轴跟踪系统运动控制方法
• 2.5.1 跟踪控制方式选取
• 2.5.2 间歇跟踪控制方式建立
• 2.6 本章小结
• 第三章 跟踪系统的硬件设计
• 3.1 DSP芯片模块的硬件电路
• 3.1.1 DSP芯片的选择
• 3.1.2 TMS320LF2407A DSP芯片总体结构
• 3.2 TMS320LF2407ADSP外围硬件电路
• 3.3 电机传动系统的硬件电路
• 3.3.1 步进电机的工作原理及特点
• 3.3.2 步进电机的技术指标
• 3.3.3 步进电机的选取
• 3.3.4 步进电机的细分驱动
• 3.3.5 步进电机驱动电路
• 3.4 光电检测电路
• 3.5 本章小结
• 第四章 跟踪系统的软件设计
• 4.1 跟踪系统软件的总体结构
• 4.2 太阳方位主程序
• 4.3 步进电机加减速程序
• 4.4 步进电机限位程序
• 4.5 DSP软件开发
• 4.5.1 DSP的软件开发环境及开发流程
• 4.5.2 CCS的安装与配置
• 4.6 上位机控制与显示界面
• 4.6.1 上位机开发环境
• 4.6.2 上位机控制与显示界面的设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 实验与结果分析
• 5.1 光照强度的测量实验
• 5.2 太阳能电池板电能的测量实验
• 5.3 太阳能电池板高度角方位角的测量实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士期间参加的课题与发表的论文