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单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计.docx
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单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
摘要
以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适
应可持续发展的需要,加速开发利用太阳能等可再生能源已成为人们
的共识。利用洁净的太阳光能,以半导体光生伏打效应为基础的光伏
发电技术有着十分广阔的应用前景。
本课题主要论述了单轴太阳能自动跟踪系统的设计方法。对自动
跟踪控制系统的组成及其功能进行了详细的分析与研究,采用单片机
AT89C52 作为控制芯片,设计了整套自动跟踪装置。所设计出的系统
具有体积小、功耗低、成本低、抗干扰能力强等特点。
单轴太阳能自动跟踪系统通过单片机控制系统自动跟踪太阳方位
角,高度角可手动进行调整,使太阳能电池保持较大的发电功率。
通过对单轴自动跟踪系统与双轴自动跟踪系统发电效率的比较 ,理
论证明它的可行性。本设计取消了用于检测太阳能电池板法线与太阳
光线间夹角的传感器,而直接利用太阳能电池板发电量作为角度调节
依据实现控制。
我国牧区大量使用的是无跟踪的光伏系统,太阳能发电效率较低。
本文所述的单轴跟踪系统,结构简单,性价比高,特别适宜在这些地
区使用。
关键词:光伏系统;太阳角自动跟踪;单轴跟踪系统
Abstract
With the resources being used continuously, the energy
structure based on Conventional energy resources will not more
and more adapt to requirement of sustainable development. So
accelerating the exploitation and utilization of renewable
resources that solar energy is principle part has been our
common ideas. Using the clean solar light energy, the technology
of photovoltaic generating electricity is very promising. The
thesis presents a new optimal design method.
This thesis mainly describes a method of single axis solar
energy automatic tracing system. Every part of this automatic
system and its function are analyzed in detail. A set of automatic
tracing device is designed with Microcontroller AT89C52. This
system has four characteristics, such as smaller cubage, lower
power, lower cost, more robust despite strong interfere.
Moreover, some programs are designed to debug the designed
system, to test its reliability and the results of test are given.
Single axis solar energy automatic tracing system follows the
orientation angle with Microcontroller system. Height angle can
be adjusted by hand, it makes the solar cell keep the higher
electricity power.
The single axis solar energy automatic tracing system is
compared with the double axis solar energy automatic tracing
system. we testify its feasibility in theory. Double axis solar energy
automatic tracing system consists of solar transducer, this device
gets rid of transducer , it uses power of solar cell as angle
regulation basis to realize controlling.
In a pasturing area of our country, they use photovoltaic
system without tracing device, solar electricity efficiency is lower,
the tracing system we designed has better tracing effect, its
configuration is simple, the capability price ratio is high, it is
adapt to be use there in particular. Key words Photovoltaic
system; Solar angle automatic tracing; Single axis tracing system
目录
中
文
摘
要
.......................................................................................................I
Abstract.......................................................................................................II 1
引言. (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 课题内容..................................................................................... . (1)
2 自动跟踪控制的总体设计方案 (2)
2.1 控制方法的确定 (2)
2.1.1 本课题设计方法的提出 (3)
2.1.2 单轴自动跟踪系统数学模型的建立 (4)
2.2 设计任务 (4)
2.2.1 设计目标................................................................................... .. (4)
2.2.2 设计要求 (4)
2.3 总体设计方案 (5)
2.3.1 硬件设计方案 (5)
2.3.2 软件设计方案 (6)
2.4 可靠性设计 (6)
2.4.1 单片机应用系统的硬件抗干扰技术 (6)
2.4.2 单片机应用系统的软件抗干扰技术 (7)
3 太阳能光伏发电系统的基本组成 (9)
3.1 概述................................................................................. (9)
3.2 太阳能电池................................................................................. (9)
3.2.1 太阳能电池工作原理 (9)
3.2.2 太阳能电池的分类 (10)
4 太阳能辐射能量分析 (13)
4.1 日照时间和太阳位置的计算 (13)
4.1.1 太阳能中天文参数的计算 (13)
4.1.2 水平面太阳位置的计算 (14)
4.2 太阳辐射能的有关计算 (15)
5 控制系统的硬件设计 (16)
5.1 总体设计方案 (16)
5.2 单片机 AT89C52 简介 (16)
5.3 时钟芯片的选择 (17)
5.4 印刷版电路的制作 (17)
5.5 电机控制电路 (18)
5.6 电机驱动电路 (19)
6 控制系统的软件设计 (21)
6.1 主程序设计 (21)
6.2 喂狗程序 (21)
6.3 电机驱动程序设计 (24)
6.4 数据采集处理程序设计 (24)
6.4.1 数据采集子程序 (24)
6.4.2 数据处理子程序 (25)
6.5 外部中断 INT0 中断服务程序设计 (26)
6.6 自动控制的优化设计 (27)
7 结论 (28)
8 致谢 (29)
参考文献 (30)
附录系统总原理图
1 引言
1.1 课题背景
能源问题关系到经济是否能够可持续发展。一次能源的日益枯竭,
已引起全世界的极大关注。现在人们常用的一次能源有煤炭,石油,
原子能等。占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的,不可
再生的。
太阳是个巨大的能源。地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳
的。太阳辐射能与煤炭、石油、核能相比较,有如下的优点:
1.普遍性。地球上处处都有太阳能,不需要到处去寻找,去运输。
2.无害性。利用太阳能作为能源,没有废渣,废料,废气,废水
的排放,没有噪声,不会污染环境,没有公害。
3.长久性。只要有太阳,就有太阳能,因此太阳能可以说是取之
不尽,用之不绝。
4.巨大性。一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消
耗的各种能量的总和大几万倍。
1.2 课题内容
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