太阳能自动跟踪控制器研究开题报告

 2022-10-08 10:36:55

1. 研究目的与意义

随着社会的快速发展,各种污染严重,能源短缺,太阳能作为一种清洁无污染的能源,发展前景非常广阔,其具有取之不尽且节能环保双重特点,对太阳能的有效利用符合可持续发展的社会大趋势。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时不断变化的问题,这就对太阳能的收集和利用提出了更高要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的,没有充分利用太阳能资源,发电效率低下。据试验,在太阳能光发电中,相同条件下,采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%,如果它的集热装置能始终保持与太阳光垂直,并且收集更多方向上的太阳光,那么,它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能,因此在太阳能利用中,进行跟踪是十分必要的!基于以上太阳能的优势,设计本课题,需要利用地方时和太阳方位角,通过机械控制对太阳能设备进行姿态的调整,实现自动追光。

2. 课题关键问题和重难点

太阳能自动跟踪控制器关键问题是:光电追踪。光电追踪装置利用光敏传感器,如硅光电管进行太阳光的检测。在这些装置中,光电管的安装靠近遮光板。通过调整遮光板的位置使遮光板对准太阳、硅光电池处于阴影区;当太阳西移时遮光板的阴影偏移,光电管受到阳光直射输出一定值的微电流,作为偏差信号,经放大电路放大,由伺服机构调整角度使追踪装置对准太阳完成追踪。光电追踪灵敏度高,结构设计较为简单;但受天气的影响很大,如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况,太阳光线往往不能照射到硅光电管上,导致追踪装置无法对准太阳,甚至会引起执行机构的误动。

太阳能自动跟踪控制器的难点是:1如何实现太阳能电板跟随太阳的运动而运动,电机该如何选择,太阳能电板该如何旋转;2光伏转换系统的设计,怎么样利用光伏电池将光能转化为电能。

3. 国内外研究现状(文献综述)

太阳能作为一种新型清洁能源,受到了世界各国的广泛重视。太阳能是分布最广,也是最容易获取的清洁能源。人类很早就开始利用太阳能。随着温室气体排放以及能源枯竭等问题越来越严重,世界上越来越多的国家和地区开始重视太阳能的开发利用。相比其他新能源而言,太阳能具有安全、使用方便、范围广等特点[2]。其储量巨大,可以广泛地利用。每年到达地球的太阳能可达1.73Kw,其中到达地球表面的约为8.1Kw。人类可以转化和利用的部分约为1.7Kw。按照目前人类消耗能量的速度,每年的获取量都可以供人类使用几千年。

对于人类而言,太阳就是一个取之不尽,用之不竭的能源基地,只要太阳东升西落不变,人类就可以一直获得充足的能源。即或是只利用照射到陆地部分的太阳能,也足够人类的使用了。随着技术的发展,突破技术瓶颈后,太阳能转换效率上提高,能够将大部分能量转换,再增大开发利用的规模,就可以更加广泛的利用太阳能了。

太阳能的利用方式有很多种,目前太阳能的利用形式主要有光热利用,光伏发电转换利用和光能化学转换利用三种形式。太阳能光伏发电作为太阳能利用的主要方式,发展应用前景非常广阔。太阳能的总能量非常大,但是平均密度不高,需要很大的面积才能获得较大的能量。太阳能利用的核心问题就在于两个方面:一是光伏电池的转换效率问题,即在接收太阳能时能将太阳能转换为电能的比例;二是太阳能板如何对准太阳,因为太阳与地球平面是相对运动的,且是在两个方向上运动,如何高效的跟踪上太阳就成为了一个问题。目前,在太阳能开发利用领域中,如何提高太阳能辐射的接收效率,依然是国内外相关领域的研究热点。而提高接收效率的重要途径之一就是进行太阳的自动跟踪。当然,此方法是在光伏电池转换效率一定的基础上做的改善工作。太阳能自动跟踪系统就是利用太阳与地球相对运动的规律来进行定位跟踪的系统。太阳的视位置,在天空中的运动是可以测算的,每天东升西落,具体时刻对应的太阳的位置,是可以提前计算得到的。系统根据这种已知的位置,即可以通过调整系统自身的位置,使太阳能接收板始终对准太阳。太阳入射光线垂直地照射到太阳能电池接收板上时,太阳能的接收效率最高,所获得的能量也就最高。再将辐射能通过光伏设备转化为电能,集中起来方便人们的使用。

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4. 研究方案

如下图1所示,本太阳能自动跟踪控制器以微处理器为主控芯片,外接模式判断电路、昼夜检测模块、电机驱动模块,四方位光电检测电路为光电跟踪模式下的传感电路,时钟电路为太阳轨迹跟踪模式的输入电路,经过计算输出相应的高度角和方位角。单片机外接串口通讯电路,并与PC机的组态平台相连。

5. 工作计划

第1周:确定毕业设计题目,查阅相关资料,掌握太阳能跟踪控制原理;

第2周:继续查阅相关资料,并翻译不少于3000字的外文文献,论证设计的可行性,研究设计方案和设计思路;

第3周:确定设计方案和关键技术,拟定采取的解决措施,撰写毕业设计开题报告;

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