太阳光自动跟踪仪系统设计论文

太阳光自动跟踪仪系统设计论文

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书

题目：太阳光自动跟踪仪系

统设计

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，加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源己成为人们的共识。光伏发电系统可以直接将太阳光能转换为高品位能源—电能。由于太阳在天空中的位置是不断变化的，为此本文采用了自动跟踪系统。介绍了目前国内太阳跟踪器的发展现状，各类跟踪器的性能特点。对目前跟踪器存在的问题进行了分析，提出了新型自适应复精度太阳跟踪平台和通过单片机控制步进电机的太阳跟踪平台的系列方案。

关键词：太阳能自动跟踪

摘要......................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................... II 第一章绪论太阳能光伏发电概述 (1)

1.1 开发新能源的迫切需要 (1)

1.2 光伏发电的特点 (1)

1.3 光伏发电的现状及发展前景 (2)

1.4 光伏发电系统的简单介绍 (4)

1.5 本课题研究目的及所做的工作 (5)

第二章光伏电池的研究与分析 (6)

2.1 光伏电池的原理 (6)

2.1.1 光伏电池的光伏效应 (6)

2.1.2 光伏电池的物理模型 (7)

2.2 光伏电池的输出特性及其影响因素 (9)

2.2.1 光伏电池的I-V和P-V特性曲线 (9)

2.2.2 光伏电池的主要参数 (10)

2.2.3 太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响 (11)

2.2.4 温度对光伏电池输出特性的影响 (12)

第三章光伏发电系统中聚光器的研究与设计 (13)

3.1 聚光比 (13)

3.2 典型聚光器的性能分析 (14)

3.2.1抛物面反射镜的聚光性能 (14)

3.2.2复合抛物面（CPC）聚光器 (16)

3.2.3折射式菲涅尔聚光器 (17)

3.3 聚光器的选择和开发 (19)

3.3.1 聚光器的选择 (19)

3.3.2 CPC聚光器的实际应用设计 (20)

第四章光伏电池最大功率点的跟踪 (22)

4.1 最大功率点跟踪及其实现目标 (22)

4.2 常用最大功率点跟踪方法比较 (22)

4.2.1 电压反馈法 (22)

4.2.2 扰动法 (23)

4.2.3 电导增量法 (25)

4.3 最大功率点控制方法的选择及改进—断续扰动法 (26)

第五章自动跟踪系统 (27)

5.1 自动跟踪器的研究概况 (27)

5.1.1 国内太阳能自动跟踪器的研究现状 (27)

5.1.2 目前太阳能自动跟踪器所存在的问题 (29)

5.1.3 新型跟踪平台的开发 (31)

5.2 自适应复精度太阳跟踪平台 (31)

5.2.1 太阳位置探测单元 (32)

5.2.2 信号处理与控制单元 (34)

5.2.3 动力单元 (37)

5.2.4 实际电路 (39)

5.3 通过单片机控制步进电机的太阳跟踪平台 (41)

5.3.1 自动跟踪系统的工作原理 (41)

5.3.2 传感器光敏二极管的工作过程 (41)

5.3.3 步进电机及其特性 (44)

5.3.4 基于单片机ADμC812控制的驱动电路 (46)

5.3.5 自动跟踪的控制电路 (54)

5.3.6 软件流程 (54)

第六章蓄电池 (56)

6.1 蓄电池的概念 (56)

6.2 光伏发电系统蓄电池的选用 (56)

6.3 铅酸蓄电池的电池反应 (57)

6.4 铅酸蓄电池的充放电特性 (58)

6.5蓄电池容量的设计及其充电特性 (60)

6.5.1 蓄电池容量的设计 (60)

6.5.2蓄电池的充电特性 (61)

第七章结论 (62)

参考文献 (63)

致谢 (64)

第一章绪论太阳能光伏发电概述

1.1开发新能源的迫切需要

人们很难想象，如果没有电人类的生活会变成什么样子。随着社会生产的日益发展，人类对电的需求每年以很大幅度增加，进而对能源的需求也迅速增长。全世界对能源的消耗在1970年约为83亿吨标准煤，而在1995年，这种消耗达到了140亿吨标准煤，即25年间增长了69.7%，并预计，到2020年全世界对能源的消耗会达到195亿吨标准煤。根据公认的估算，如果人类对能源的需求以目前的速度增长，全世界的石油将在今后40年间被耗尽，而天然气和煤也最多分别能维持60年和200年左右。可见，矿物燃料并不是取之不尽的。不仅如此，大量使用化石能源已经开始造成全球变暖，燃煤会通过煤渣和烟尘放出大量有化学毒性的重金属和放射性物质，严重污染了人类的生存环境[1]。

我国拥有居世界第一位的水能资源，居世界第二位的煤炭探明储量，居世界第11位的石油探明可采储量。但由于我国人口众多，人均能源资源严重不足，而我国现在所面临的却是能源需求量成倍增长的严重挑战。

因此，采用新能源和可再生能源以逐渐减少和替代化石能源的使用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展之路的重大措施。这对于世界尤其是我国是十分迫切的。而太阳能资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源，所以开发利用太阳能受到越来越普遍的重视，成为目前各国都在研究的重大课题。

1.2光伏发电的特点

太阳能利用可分为热利用和光伏发电两种方式，热利用主要在采暖领域多，形式