太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角系统设计【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip
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自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书
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太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角系统设计【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip,自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书
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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 进一步理解太阳能是世界上最理想的可再生能源和绿色环保能源，是所有化石能源及多种可再生能源的源头，是缓解能源危机的最可持续的途径，是世界各国争相开发的能源产品。据世界最新预测，世界能源结构中，到2050年，太阳能应用将占40-50%的份额；到2100年，太阳能应用有望占64%-80%的份额。目前，太阳能集热装置安装，分为固定倾斜角安装和跟踪太阳安装，跟踪太阳安装又分为单轴跟踪和双轴跟踪。进一步理解并掌握单轴跟踪和双轴跟踪安装比固定倾斜角安装能够转化更多的太阳能。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 如果以地球地平圈以上的半天球为研究对象，太阳位置可以采用太阳方位角和太阳高度角来表示。太阳方位角是太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影与正南向的夹角。太阳高度角是地球表面上某给定点和太阳的连线与地平面之间的交角。太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角系统设计，要在理解并掌握太阳方位角和太阳高度角变化规律的基础上，设计太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角单轴跟踪系统。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 在掌握自动化专业所学课程的基础上，进一步学习理解太阳与地球相互位置的变化规律，运用PLC控制器、步进电机、减速齿轮等自动化设备，做太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角系统总体初步设计。完成毕业设计论文。并且和做太阳能集热装置自动跟踪太阳高度角系统设计的同学相互讨论、相互学习。 4主要参考文献： 1 黄晨主编.建筑环境学.机械工业出版社.2007.17-612 周令琛;王晓伟.太阳能发电最大功率点跟踪装置的设计与实现.上海第二工业大学学报.2009.176-1823余雷;王军;王新;张耀明.关于不同单轴跟踪方式的对比分析.太阳能学报.2011.426-4324窦伟;许洪华;李晶.跟踪式光伏发电系统研究.太阳能学报.2007.169-1735郑小年;黄巧燕.太阳跟踪方法及应用.能源技术.2003.149-1516杨欢军;姜清海;陈峰;郭金基;陈海;隆志军;谢观健.基于阳光自动跟踪控制的光伏阵列设计及应用.机电工程技术.2010.41-437 陈维;李戬洪.太阳能利用中的跟踪控制方式的研究.能源工程.2003(3)8左云波;徐小力;白廷柱;乔道鄂.全天候太阳方位跟踪控制系统的设计.可再生能源.2011.86-899刘四洋;伍春生;彭燕昌;许洪华.主动式双轴太阳跟踪控制器.可再生能源.2007.69-7210王擎宇;龚仁喜;李畸勇;俸昭合.三维电子罗盘在太阳双轴跟踪系统角度测量中的应用.电测与仪表.2013(9)11袁汇江;张学梦.双轴光伏跟踪机械系统设计.潍坊工程职业学院学报.2013(4)12向欢;匡迎春;姚帮松;曾洋泱;刘新庭.一种新型太阳能光电自动跟踪系统.湖南农业大学学报（自然科学版）.2013(1)13陈玉洁;马西沛;赵佳庆;王士涛.时控法光伏发电智能追日系统的研究.机械设计与制造.2013(9)14 李应生;孔银昌.偏微分型光伏发电自动跟踪控制系统的研究.电源技术.2013(8)15 李永霞;李战;刘畅;兰天;黄盛.基于STC单片机的太阳能电池板自动追日系统.计算机应用.2013(2)毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：智能科学与控制工程学院毕业设计工作计划起 讫 日 期工 作 内 容2015.11.102015.12.13调研、收集相关资料、对学生进行初步辅导，拟题、选题、填写任务书。2015.12.152015.12.31学生查看任务书，为毕业设计的顺利完成，进行前期准备。12月31日前正式下发任务书。12月21日两个系提交专业选题分析总结（撰写要求详见对内通知中附件2）2016.01.092016.04.05学生在指导教师的具体指导下进行毕业设计创作；拟定论文提纲或设计说明书（下称文档）提纲；撰写及提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲； 在2016年4月5日前学生要提交基本完成的毕业设计创作成果以及文档的撰写提纲，作为中期检查的依据。指导教师指导、审阅，定稿由指导教师给出评语，对论文主要工作未通过的学生下发整改通知。2016.04.062016.04.10提交中期课题完成情况报告给指导教师审阅；各专业组织中期检查（含毕业设计成果验收检查）。2016.04.112016.05.10进行毕业设计文档撰写；2016年5月8日为学生毕业设计文档定稿截止日。2016年5月9日-13日，指导教师和评阅教师通过毕业设计（论文）管理系统对学生的毕业设计以及文档进行评阅，包括打分和评语。5月1日前，做好答辩安排，通知学生回校进行答辨2016.05.142016.05.15查看答辩安排，毕业设计（论文）小组答辩2016.05.162016.05.29对未通过答辨的学生进行二次答辨完成毕业设计的成绩录入2016.05.302016.06.07根据答辩情况修改毕业设计（论文）的相关材料，并在毕业设计（论文）管理系统中上传最终稿，并且上交纸质稿。2016年6月7日为学生毕业设计文档最终稿提交截止日。2016.06.072016.06.30各系提交本届毕业设计（论文）的工作书面总结及相关材料。所在专业审查意见：通过负责人： 2015 年 12 月21 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 1绪论 1.1课题来源 太阳能是取之不尽，用之不竭的绿色新能源，随着我国国民经济的飞速发展，太阳能越来越被广泛地利用，它主要有以下几种利用方式：1,、太阳能热发电：主要是把太阳的能量聚集在一起，加热来驱动汽轮机发电。2、太阳能光伏发电：将太阳能电池组合在一起，大小规模随意，可独立发电，也可并网发电。3、太阳能水泵：正在取代太阳能热动力水泵，九十年代我国研制的25kW光伏水泵在新疆运用。4、太阳热水器：我国自从1958年研制出第一台热水器后，经过四十多年的努力，我国太阳热水器产、销量均占世界首位。太阳能既没有污染，又无需运输，是理想、洁净的可再生能源，也是人类最大的可利用能量来源之一。但太阳能又是一种低能流密度能源，太阳辐射到达人类居住的地面上时，还受到日夜和气候变化的影响。 本课题就是根据现有的太阳能采光不足，采光系统相对固定，不能充分利用太阳能能源这一系列问题，我们提出了太阳能跟踪系统，根据太阳光照热量时间等因数自动调整角度吸收最大的能量来设计太阳能自动系统。 1.2能源现状及发展能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。当前，包括中国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作。虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水利能、生物能等可持续能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比列正在显著地提高。据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长1%，而太阳能发电每年增长20%，风力发电的年增长率更是高达26%。预计在未来的5至10年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。 1.3目前太阳能的开发与利用人类直接利用的太阳能有三大技术领域，即光热转换、光电转换和自然光应用。太阳能光热转换技术的产品很多，如热水器、开水器、干燥器、采暖和制冷，温室与太阳房，太阳灶和高温炉，海水淡化装置、热力发电装置及太阳能医疗器具太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大优点：第一，它是人类可以利用最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说是取之不尽用之不竭的。第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和远边地区更具有利用价值。第三，太阳能是一种洁净的能源，在开发与利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。太阳能的利用也有它的缺点：第一，能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置的面积大，用料多，成本增加。第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。 1.4太阳能利用的国内外发展状况自上世纪70年代出现能源危机以来，一些发达国家十分重视并支持对可再生能源技术发展，一些欧美国家及中国制定了符合本国的发展规划，并制定如税收优惠、政府补贴、低息贷款、加速折旧等相关政策，有力地保障太阳能产业的发展。欧盟自2000年开始实施了一项名为SOLTHERM的项目，目标是推动欧洲太阳能集热器安装数量每年增加200万，到2004年累计达到1500万；美国规划到2010年安装100万套屋顶光伏计划、安装机容量300万千瓦；日本提出到2010年安装光伏发电760千瓦；德国已实施10万屋顶计划，安装光伏发电容量30万千瓦，今后还将不断扩大。在中国，青岛市建委在2001年4月出台的关于新建工程同时设计安装太阳能热水器的意见中提出：有条件安装太阳能热水器的建筑，在建设规划中要同时考虑设计、安装太阳能热水器，暂时无条件的在设计时应预留户纳管线和安装位置。大连市城乡建设委员会在2005年8月出台的关于在建筑工程中全面推广应用太阳热水器的通知中规定，所有新建和改建的低层（别墅）、多层住宅建筑，必须按大连市太阳应用，对认定的普通商品房应当将可再生能源设备和设施的投资予以扣除。同时，市房地资热水器建筑设计导则（DT05-2）进行太阳热水器一体化设计和施工。小高层、高层住宅及其他公共建筑可依据开发单位和使用者的要求，确定是否进行太阳热水器的一体化设计和施工。 2005年9月，在上海市开发利用太阳能行动计划中，提出要做好与房地产政策的协调。为鼓励太阳能的源局进一步制定房地产商开发别墅和低层住宅应用可再生能源的引逼政策。 2太阳能跟踪系统 2-1自动跟踪系统简介目前，国内外实现太阳位置自动跟踪装置数不胜数，理论依据一般可分为如下两种：跟随太阳绕地球的运动轨迹来调整光伏电池板的位置以达到跟踪、另一种就是检测接收板上的实时光的强度来判断电池板是否位于最佳跟踪位置。根据跟踪原理可以分为机械式跟踪和光电式跟踪以及这两种方式的结合运用。按照执行机构的实现方法的不同又可以分为单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。采用不同的原理和机构就可以设计出跟踪精度不同的跟踪装置。机械式跟踪通常又可以称为视日运动轨迹跟踪，即可以先根据太阳与地球的相对运动规律计算出一天之中任何时刻的太阳位置的角度，然后经过控制程序来使跟踪装置偏转，进而实现对太阳位置的实时跟踪。光电式跟踪也可以称作传感器跟踪，这种方式是利用光电传感器的光电效应来检测太阳光的强度来判断光线是否偏离电池板的法线。常用的光电跟踪的感光元件有光敏电阻、硅光电池和光敏二极管等。根据传感器的设计方式的不同，可以将跟踪装置分为两种：一种是利用单个感光元件实现自动跟踪，另一种是采用多个感光元件在太阳高度角和太阳方位角两个方位始终可以跟踪太阳。使用多个光电探头设计的太阳位置传感器主要有以下几种：双光电探头分别跟踪方位角和高度角的自动跟踪装置；4个光电二极管对称封装在圆筒传感器盒上下左右方位的四象限探测器；5片光电池按十字排列的五象限太阳能自动跟踪测向仪；9个光电三极管按照正中央1个，其他8个围成一圈布置等。根据是否对传感器进行遮光处理又可以设计出不同跟踪精度的太阳位置跟踪传感器。 2-2大阳能集热太阳辐射能的直接利用，基本上有四种方式，它们分别是太阳能的光热转换、太阳能的光电转换、太阳能的光化学转换和太阳能的光生物质转换，其中太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、成本最为低廉、因而应用最为广泛的形式。其基本原理是将太阳辐射能收集起来利用温室效应来加热物体而获得热能，如地膜、大棚、温室等。目前使用较多的太阳能收集装置有两种：一种是平板式集热器，如太阳能热水器等；另一种是聚焦型集热器，如反射式太阳灶、高温太阳炉等。太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，目前真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1、了解太阳的运行规律由于地球的自传和地球太阳的公转导致了太阳位置相对于地面静止物体的运动。这种变化是周期性和可以预测的。地球极轴和黄道天球极轴存在的一个27度的夹角，引起了太阳赤纬角在一年中的变化。冬至时这个角为23度27分，然后逐渐增大，到春分时变为0并继续增大，夏至时赤纬角最大为23度27分，并开始减小；到秋分时赤纬角又变为0，并继续减小，直至冬至，另一个变化周期开始。 2、确定太阳能自动跟踪方式 常用太阳能自动跟踪的方式有2种：1、光电跟踪；2、视日运动轨迹跟踪。 光电跟踪方式跟踪精度高，但是易受到外界环境的干扰，而视日运动轨迹跟踪虽然跟踪精度差，但是基本不受外界杂散光影响。 3、自动追踪系统总体结构 光热转换，单片机及其外围电路，步进电机以及驱动电路等的设计。 4、太阳能集热装置单轴跟踪机械结构设计 5、太阳能集热装置装置的抗台风外形设计 该自动跟踪系统实现了用最少的元件、最简单的电路完成最复杂工作的现实，掀开了太阳能发电这一高端应用设备快速实现实用、可靠、低成本、民用化应用发展新篇章。该系统能够真正的让太阳能的高端使用低价位进入寻常百性家庭中，让中国的太阳能应用，新能源发展都有了更加强劲的动力。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该同学查阅了大量的文献资料，对太阳能热利用、太阳能光伏发电、太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角等问题有了较全面、较系统的认识。并且认识到：太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角系统设计，是在理解并掌握太阳方位角和太阳高度角变化规律和固定倾斜角安装成本低的基础上，设计太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角。该文献综述写得比较全面、比较好。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题的深度、广度及工作量均较适中，该同学的文献综述和要研究的问题及拟采用的研究途径写得很好。希望该同学在掌握自动化专业所学课程的基础上，进一步学习理解太阳与地球相互位置的变化规律，运用自动化和高等数学等知识，设计太阳能集热装置自动跟踪太阳方位角。并且和太阳能集热装置自动跟踪太阳高度角系统设计的同学相互讨论、相互学习。经过努力，该毕业设计能够较好完成。3.是否同意开题： 同意 不同意 指导教师： 2016 年 04 月 05 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 04 月 08 日Design and Implementation of a Sun Tracker with a Dual-AxisSingle Motor for an Optical Sensor-Based Photovoltaic SystemAbstract: The dual threats of energy depletion and global warming place the developmentof methods for harnessing renewable energy resources at the center of public interest. Solarenergy is one of the most promising renewable energy resources. Sun trackers cansubstantially improve the electricity production of a photovoltaic (PV) system. This paperproposes a novel design of a dual-axis solar tracking PV system which utilizes thefeedback control theory along with a four-quadrant light dependent resistor (LDR) sensorand simple electronic circuits to provide robust system performance. The proposed systemuses a unique dual-axis AC motor and a stand-alone PV inverter to accomplish solartracking. The control implementation is a technical innovation that is a simple and effectivedesign. In addition, a scaled-down laboratory prototype is constructed to verify thefeasibility of the scheme. The effectiveness of the Sun tracker is confirmed experimentally.To conclude, the results of this study may serve as valuable references for future solarenergy applications.Keywords: dual-axis Sun tracker; photovoltaic panel; feedback control theory; lightdependent resistor; stand-alone PV inverter; energy gain1.IntroductionWith the rapid increase in population and economic development, the problems of the energy crisisand global warming effects are today a cause for increasing concern. The utilization of renewableenergy resources is the key solution to these problems. Solar energy is one of the primary sources ofclean, abundant and inexhaustible energy, that not only provides alternative energy resources, but also improves environmental pollution.The most immediate and technologically attractive use of solar energy is through photo voltaic conversion. The physics of the PV cell (also called solar cell) is very similar to the classical p-n junction diode. The PV cell converts the sunlight directly into direct current (DC) electricity by the photovoltaic effect 1,2. A PV panel or module is a packaged interconnected assembly of PV cells. In order to maximize the power output from the PV panels, one needs to keep the panels in an optimum position perpendicular to the solar radiation during the day. As such, it is necessary to have it equipped with a Sun tracker. Compared to a fixed panel, a mobile PV panel driven by a Sun tracker may boost consistently the energy gain of the PV panel.Solar tracking is the most appropriate technology to enhance the electricity production of a PV system. To achieve a high degree of tracking accuracy, several approaches have been widely investigated. Generally, they can be classified as either open-loop tracking types based on solar movement mathematical models or closed-loop tracking types using sensor-based feedback controllers 35. In the open-loop tracking approach, a tracking formula or control algorithm is used.Referring to the literature 610, the azimuth and the elevation angles of the Sun were determined by solar movement models or algorithms at the given date, time and geographical information. The control algorithms were executed in a microprocessor controller 11,12. In the closed-loop tracking approach, various active sensor devices, such as charge couple devices (CCDs) 1315 or light dependent resistors (LDRs) 12,1619 were utilized to sense the Suns position and a feedback error signal was then generated to the control system to continuously receive the maximum solar radiation on the PV panel. This paper proposes an empirical research approach on this issue.Solar tracking approaches can be implemented by using single-axis schemes 12,1921, and dual-axis structures for higher accuracy systems 1618,2227. In general, the single-axis tracker with one degree of freedom follows the Suns movement from the east to west during a day while a dual-axis tracker also follows the elevation angle of the Sun. In recent years, there has been a growing volume of research concerned with dual-axis solar tracking systems. However, in the existing research, most of them used two stepper motors 22,23 or two DC motors 16,17,24,25 to perform dual-axis solar tracking. With two tracking motors designs, two motors were mounted on perpendicular axes, and even aligned them in certain directions. In some cases, both motors could not move at the same time 5.Furthermore, such systems always involve complex tracking strategies using microprocessor chips as a control platform. In this work, employing a dual-axis with only single tracking motor, an attempt has been made to develop and implement a simple and efficient control scheme. The two axes of the Sun tracker were allowed to move simultaneously within their respective ranges. Utilizing conventional electronic circuits, no programming or computer interface was needed. Moreover, the proposed system used a stand-alone PV inverter to drive motor and provide power supply. The system was self-contained and autonomous. Experiment results have demonstrated the feasibility of the tracking PV system and verified the advantages of the proposed control implementation.The remainder of the article is organized in the following manner: Section 2 describes the tracking strategies of the developed closed-loop solar tracking system in which a sensor-based feedback controller is used. The detailed architecture of the Sun tracker hardware is proposed in Section 3. In Section 4, a scaled-down laboratory prototype is built and tested. Finally, the main conclusions of this work are drawn in Section 5.2. Developed Closed-Loop Solar Tracking SystemThe block diagram of the developed closed-loop solar tracking system is illustrated in Figure 1, describing the composition and interconnection of the system. For the closed-loop tracking approach, the solar tracking problem is how to cause the PV panel location (output) to follow the sunlight location (input) as closely as possible. The sensor-based feedback controller consists of the LDR sensor, differential amplifier, and comparator. In the tracking operation, the LDR sensor measures the sunlight intensity as a reference input signal. The unbalance in voltages generated by the LDR sensor is amplified and then generates a feedback error voltage. The error voltage is proportional to the difference between the sunlight location and the PV panel location. At this time the comparator compares the error voltage with a specified threshold (tolerance). If the comparator output goes high state, the motor driver and a relay are activated so as to rotate the dual-axis (azimuth and elevation)tracking motor and bring the PV panel to face the Sun. Accordingly, the feedback controller performs the vital functions: PV panel and sunlight are constantly monitored and send a differential control signal to drive the PV panel until the error voltage is less than a pre-specified threshold value. Figure 1. Block diagram of the solar tracking system. The system tracks the Sun autonomously in azimuth and elevation angles. The whole working algorithms are summed up in the flowcharts shown in Figures 2 and 3. The sunlight intensity from four different directions is measured by the LDR-based sensing circuit. The voltages vE, vW, vS and vN are defined as the sensing voltages produced by the east, west, south, and north LDRs respectively. In an attempt to draw maximum power from the PV panel, the azimuth and elevation tracking processes can simultaneously proceed until the PV panel is aligned orthogonally to the sunlight. The tracker installation is not restricted to the geographical location.Figure 2. Flowchart of tracking algorithm for azimuth control.Figure 3. Flowchart of tracking algorithm for elevation control.3. Sun Tracker Hardware DesignFigure 4 presents one of the hardware circuits of the proposed Sun tracker for azimuth tracking. The entire system has two hardware circuits with both of azimuth direction and elevation direction to drive the dual-axis AC motor. The developed Sun tracker is comprised of three modules, which are the LDR-based sensing circuit, comparator and a motor driver with a relay.Figure 4. Complete control circuit diagram of the Sun tracker for azimuth tracking.3.1. LDR-Based Sensing CircuitTo track the sunlight, it is necessary to sense the position of the Sun and for that an electro-optical sensor is needed. The proposed Sun tracker uses the electro-optical sensor for self-calibration. A LDR or photoresistor is a variable resistor whose electrical resistance depends on the intensity of the light falling on it. The LDR resistance decreases with incident light intensity increasing. As seen in the first part of Figure 4, the LDR sensor is a part of the voltage divider circuit in order to give an output voltage.3.1.1. Solar Sensing DeviceThe paper creates a Sun tracker using LDRs with a cylindrical shade as a Sun sensor. Figure 5 shows the designed solar sensing device, which comprises a four-quadrant LDR sensor and a cylinder mounted on a wood-block. The solar sensing device is attached to the PV panel. The East/West LDR and the South/North LDR are respectively used in the detection of azimuth motion and elevation motion of the PV panel. The design of the light sensor is based on the use of the shadow. If the PV panel is not perpendicular to the sunlight, the shadow of the cylinder will cover one or two LDRs and this causes different light intensity to be received by the sensing device.Figure 5. Solar sensing device with a four-quadrant LDR sensor.3.1.2. Creating Feedback Error VoltageThe simple electronic circuit for creating error voltage is presented in the first part of Figure 4. It can be seen that the output voltage of the voltage divider will be lower when the corresponding LDR is shadowed. If one sensor is lighted and the other is shadowed, the differential amplifier amplifies the difference voltage between them. The feedback error voltage can be expressed as: （1）which can be rearranged as follows: （2）If the west LDR is shaded,3.2. ComparatorThe main function of the comparator is to act as a switch to turn on the relay and rotate the motor. A comparator is essentially an operational amplifier (op-amp) operated in an open-loop configuration, which converts a time-varying analog signal into a binary output. As depicted in the second part of Figure 4, the comparator is designed to compare the error voltage with two threshold values. The threshold value is defined as the input voltage at which the output changes states. As shown in Figure 4, there are two threshold values which are given as:The output of the comparator is a high saturated state VH or a low saturated state VL. The saturated output voltages VH and VL may be closed to the supply voltages +VCC and VCC, respectively. The comparator outputs are then expressed as follows:The voltage transfer characteristics of the comparator with ideal op-amps are shown in Figure 6. It is noted that the sensitivity for the tracking system is dominated by the threshold values, which are adjusted by the variable resistor R4 according to the tracking accuracy. As R4 decreases, the tracking accuracy increases. However, the system tracking response will become increasingly oscillatory.Figure 6. Voltage transfer characteristics of the open-loop comparator.3.3. Motor Driver with a Relay As seen in the last part of Figure 4, it is observed that the designed motor driver with a relay consists of two Darlington pairs that provide increased current gain and actuate the relay. If the west LDR is shaded, a feedback error voltage vEW is generated. When vEW VTh1 VTh2, the comparator outputs vPE and vPW go high and low saturated voltages respectively. The transistors Q1 and Q2 will therefore conduct and Q3 and Q4 are in the cutoff state. Referring to Figure 4, transistors Q1 and Q2 operate in the forward-active mode, and the input current or the base current of Q1 is: where VBE is the forward-biased base-emitter voltage of the bipolar transistor. Therefore, the output current can be written as: The parameters 1 and 2 are the common-emitter current gain of the bipolar transistors. The relay is activated by the output current and normally-open contact a1 closes. In this case, thetracking motor rotates clockwise in the azimuth direction and thus the PV panel moves eastward to face the Sun. More specifically, the Sun tracker attempts to adjust the PV panel such that all thevoltages produced by LDRs are nearly equal and balance. As a result, the PV panel is almost perpendicular to the sunlight and has a high energy generation. 5.Conclusions The paper has presented a novel and a simple control implementation of a Sun tracker that employed a single dual-axis AC motor to follow the Sun and used a stand-alone PV inverter to power the entire system. The proposed one-motor design was simple and self-contained, and did not require programming and a computer interface. A laboratory prototype has been successfully built and tested to verify the effectiveness of the control implementation. Experiment results indicated that the developed system increased the energy gain up to 28.31% for a partly cloudy day. The proposed methodology is an innovation so far. It achieves the following attractive features: (1) a simple and cost-effective control implementation, (2) a stand-alone PV inverter to power the entire system, (3) ability to move the two axes simultaneously within their respective ranges, (4) ability to adjust the tracking accuracy, and (5) applicable to moving platforms with the Sun tracker. Theempirical findings lead us to believe that the research work may provide some contributions to the development of solar energy applications.基于单电机的光学传感器的光电系统，设计与实现双轴太阳跟踪器摘要：能源耗竭和全球气候变暖是地方发展的双重威胁，解决方法的公共利益中心是利用可再生的能源资源。太阳能源是一种最有前途的可再生能源。太阳跟踪器可以大幅度提高电力生产。本文提出了一种新颖的利用的双轴太阳跟踪光伏系统的设计反馈控制理论以及四象限光电阻(LDR)传感器和简单的电子电路提供强健的系统性能。拟议的系统采用独特的双轴交流电机和一个独立的光伏逆变器完成太阳能跟踪。 控制执行是一种简单而有效的技术创新设计。此外构造了一个按比例缩小的实验室原型来验证该计划的可行性。实验证实了太阳跟踪器的有效性。 最后，本研究结果可以作为未来太阳能应用的参考。关键词：双轴太阳跟踪器；太阳能光伏板；反馈控制理论的光依赖电阻器；独立光伏逆变器；能量增益 1、介绍随着人口和经济的发展，能源危机的问题的快速增加和全球变暖影响今天是一个令人日益感到关切。可再生能源资源的利用是解决这些问题的关键。太阳能是的主要来源之一清洁、 丰富和取之不尽，用之不竭的能源，这不仅提供了可替代能源资源，但也提高了环境污染。最直接的和技术上有吸引力地利用太阳能是通过光伏转换。（也称为太阳能电池） 在 PV 电池的物理是非常类似于经典的 p n结型二极管。光伏电池将阳光直接转化为直流电 （DC） 电力由光伏效应 1，2。光伏面板或模块是光伏电池封装互连的大会。在为了最大限度地从太阳能电池板，一个需要保留小组在最佳的输出功率位置垂直于白天的太阳辐射。因此，就必须有它的装备与太阳跟踪器。相对于固定效应的面板，由太阳跟踪器驱动手机光伏面板可能刺激一贯的能量增益的光伏面板。太阳能跟踪是最合适的技术，以提高电力生产的光伏系统。要实现较高程度的跟踪精度，几种方法已广泛进行了研究。一般来说，可以列为要么基于太阳能的开环跟踪类型运动数学模型或使用传感器基于反馈的闭环跟踪类型控制器 3 5。在开环跟踪方法，跟踪公式或控制算法。谈到文学 6-10，方位角和俯仰角，太阳角测定太阳运动的轨迹模型或在给定的日期、 时间和地理信息的算法。的控制算法在微处理器控制器 11，12 被处死。在闭环跟踪各种活动传感器设备，例如电荷耦合器件 (Ccd) 13-15 或光的方法依赖电阻器 （异地） 12,16-19 被用于感受太阳的位置及反馈错误信号然后生成控制系统要不断收到的最大的太阳能辐射在光伏面板。本文提出了在这个问题上的实证研究方法。太阳能跟踪方法可以通过使用单轴式方案 12,19-21，和双轴结构的高精度系统 16 18,22 27。一般来说，与单轴跟踪系统单自由度跟随太阳的运动从东到西白天时双轴跟踪也跟随太阳的仰角。近年来，已越来越多研究关注的双轴太阳跟踪系统的容量。然而，在现有的研究中，其中绝大多数用两个步进电机 22,23 或 16,17,24,25 两个直流电动机来执行双轴太阳能跟踪。有两个跟踪电机的设计，两个电机装在垂直轴上，甚至在某些方向对齐它们。在某些情况下，两台发动机都在同一时间 5 不能动弹了。此外，这类系统总是涉及使用微处理器芯片作为控制平台的复杂跟踪策略。在这项工作，只有单一的跟踪电动机，采用双轴企图取得了制定和实施一种简单而有效的控制方案。两轴间的阳光跟踪被允许在他们各自的范围内同时移动。利用常规电子线路，需要没有编程或计算机的接口。此外，拟议的制度使用独立的光伏逆变器驱动电机，并提供电
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