单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计毕业论文

I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IIAbstractWith 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. IIIEvery 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 systemIV目录中文摘要.IAbstract.II1 引言.11.1 课题背景.11.2 课题内容. .12 自动跟踪控制的总体设计方案.22.1 控制方法的确定.22.1.1 本课题设计方法的提出.32.1.2 单轴自动跟踪系统数学模型的建立.42.2 设计任务.42.2.1 设计目标. .42.2.2 设计要求.42.3 总体设计方案.52.3.1 硬件设计方案.52.3.2 软件设计方案.62.4 可靠性设计.62.4.1 单片机应用系统的硬件抗干扰技术62.4.2 单片机应用系统的软件抗干扰技术73 太阳能光伏发电系统的基本组成.9V3.1 概述. 93.2 太阳能电池. 93.2.1 太阳能电池工作原理.93.2.2 太阳能电池的分类.104 太阳能辐射能量分析.134.1 日照时间和太阳位置的计算.134.1.1太阳能中天文参数的计算.134.1.2水平面太阳位置的计算.144.2 太阳辐射能的有关计算.155 控制系统的硬件设计.165.1 总体设计方案.165.2 单片机AT89C52简介.165.3 时钟芯片的选择.175.4 印刷版电路的制作.175.5 电机控制电路.185.6 电机驱动电路.196 控制系统的软件设计.216.1 主程序设计.216.2 喂狗程序.216.3 电机驱动程序设计. 246.4 数据采集处理程序设计.246.4.1 数据采集子程序.24VI6.4.2 数据处理子程序.256.5 外部中断INT0 中断服务程序设计.266.6 自动控制的优化设计.277 结论.288 致谢.29参考文献.30附录 系统总原理图VII- 1 -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 课题内容我国目前已开始在牧区普及使用无跟踪装置的户用太阳能光伏系统。但由于太阳能电池价格昂贵，无跟踪装置的光伏系统发电效率较低，普遍推广应用受到影响。相 对于无跟踪装置的光伏系统，双轴自 动跟踪系统虽然能提高发电效率（约提高50%），但其造价高，结构复杂维护困难，也难以在牧区推广使用。针对这一 实际情况需采用合理的方法进行改善，- 2 -此方法必须满足低成本，高可靠性，高性价比。单轴自动跟踪系统和双轴自动跟踪系统相比结构更简单且费用最低。单轴太阳能电池自动追踪系统主要包括机械部分和控制部分。机械装置由电机驱动,可以使电池板水平方向角为0- 180，控制部分主要由单片机系统构成,单片机系统具有成本低,智能化程度高,扩展性强等优点,由单片机系统配合外围的电路元件实现对太阳能电池板的控制。垂直方向角变化不大，可以手动进行调整。太阳能电池板转换的电能信号由转换装置送入单片机，通过驱动电 机使太阳能电池板朝着与太阳垂直的方向转动。本课题研究的重点及难点：1、建立严格的单轴自动跟踪数学模型，并与双轴自动跟踪系统进行效率比较，从理 论上证明它的可行性。2、通常自动跟踪系统须采用传感器把电池板法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号以实现跟踪。本设计考 虑到它主