光伏发电系统光源追踪方法研究毕业论文开题报告

光伏发电系统光源追踪方法研究毕业论文开题报告内容摘要：

时作用 , 先通过视日运动轨迹跟踪进行粗跟踪 , 再由光电传感器跟踪进行精 跟踪 , 从而提高跟踪精度。 混合控制系统 , 结合了开环和闭环控制的优点 , 能够得到较好的控制效果 [22]。 太阳与地球的位置关系 地球每天围绕通过它本身南极和北极的一个假想轴 —— 地轴自西向东自传一周，每转一周为一昼夜，一昼夜又分为 24 时，所以地球每小时自转 15 度。 在 自转的同时。 地球围绕太阳在一个椭圆形轨道上公转，每公转一周为一个太阳年、它等于 365 天 5 小时 48 分。 即 365． 241 天，因此每四年须闰一日。 地球的自转轴与公转运行的轨道面 (黄道面 )的法线倾斜成 度的夹角，而且地球公转时其自转轴的方向始终 不变，总是指向天球的北极，这也是太阳赤纬角的最大值。 在地球围绕太阳公转的一年中有四个特殊的日期，这就是受地球倾斜运动影响最大的冬至和夏至以及不受地球倾斜运动影响的春分和秋分。 在北半球，春分大约是 3 月 21 日、夏至是 6 月 22 日，秋分是 9 月 23 日，而冬至是 12 月 21 日。 夏至的白天最长而冬至的黑夜最长；春分和秋分的昼夜各 12 个小时。 在设计太阳能应用系统时，不可避免地都会涉及到地球和太阳的位置关系，如太阳高度角、方位角等问题。 a. 地平坐标系 以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点为原点的坐标系叫做地平坐标 系，如图 所示。 通过天顶和太阳（任一天体） X 作一大圆，叫做地平经圈；地平 交地平面于 M 点；从原点 S 沿地平圈顺时针方向计量，弧 SM 为方位角γ s(地平经度 )；弧 XM 为高度角α（地平纬度），向上为正，向下为负。 弧 ZX 称为天顶距，自 Z 起计量，用 Z 表示。 显然 Z=90176。 α。 b. 时角坐标系 以天赤道为基本圈，北天极为基本点，天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系为时角坐标系或第一赤道坐标系，如图 所示。 通过北天极和太阳 X 作一个大圆，叫做时圈；时圈交天赤道于 T 点；从原点 Q 沿天赤道顺时针方向计量 ，弧 QT 为时角ω， ω以度、分，秒单位来表示，也可以用时，分，为单位来表示；弧 XT 为赤纬角δ，δ以度、分，秒单位来表示；从天赤道算起，向 上为正，向下为负。 当天体作周日运动时，天体的赤纬δ不随周日运动而变化，但天体的时角ω却从 0176。 均匀地增加到 360176。 秒。 相关角度的计算 在太阳能的地面应用中，绝大部分的采光组件或阵列的安装形式并非水平，而是以与地平面成一定夹角的倾斜形式安装。 所以有必要分析倾斜面在特定时间及地点下的太阳入射计算。 a. 有关角的定义 假如太阳能采光组件的倾斜角度和方位角已 经确定，要计算入射在采光组件表面上的太阳直射辐射的能量，就必须定义一些角度。 太阳光线入射角θ：太阳光线和采光组件表面法线之间的夹角，称为太阳光线的入射角。 太阳光线可以分为两个分量，一个垂直于采光面， 一个平行与采光面，只有前者的辐射能北采光面所截取。 由此可见，实际使用时应该是入射角θ越小越好，这也就是所说的跟踪。 太阳高度角α和太阳方位角γ s:从地面某一观测点向太阳中心作一条射线，该射线在地面上有一投影线，这两条线的夹角α叫做太阳的高度角。 该射线与地面法线的夹角叫太阳天顶角θ z.。 其中α +θ z=90176。 太阳光线在地面上的投影线与正南方的夹角γ s，为太阳的方位角。 并规定，向西为正，向东为负。 采光 组件的方位角γ：采光组件表面法线在地面上有个投影，此投影线与正南方的夹角为采光组件的方位角。 采光组件的倾斜角β：采光组件平面与水平面的夹角称 为采光组件的倾斜角度如下图所示 b. 角度之间的关系和有关公式 采光组件所获得的太阳辐射量主要取决于太阳入射角θ，而θ是太阳赤纬角δ、太阳时角ω、地理纬度φ、采光组件倾斜β、采光组件方位角γ 和的函数，它们的具体关系是 : ｃｏｓθ＝ｓｉｎδｓｉｎφｃｏｓβ－ｓｉｎδｃｏｓφｓｉｎβｃｏｓγ＋ｃｏｓδｃｏｓφｃｏｓβｃｏｓω＋ｃｏｓδｓｉｎφｓｉｎβｃｏｓωｃｏｓγ ＋ ｃ ｏ ｓ δ ｓ ｉ ｎ β ｓ ｉ ｎ γ ｓ ｉ ｎ ω （ ） 其中太阳赤纬角δ可由 Cooper 方程式 ()近似计算： n：一年中的天数，如：在春分， n=81，则δ =0。 δ＝２３ .４５176。 ｓｉｎ［３６０（ｎ＋２８４） /３６５］ （ ） ω =(t12)15176。 （ ） 时角计算公式见式 ()， T 为当地时间，按小时计算。 地球自转一周为 360176。 ，相应的时间为 24h，每 1h 地球自转的角度定义为太阳时角 ω，则ω＝ 360176。 ／ 24＝ 15176。 ，正午时角为零．其它时辰时角的数值等于离正午的时间 (h)乘以 15。 上午时角为负值，下午时角为正值，例如，上午 10 时和下午 2 时的时角分别为 30176。 及 +30176。 从式（ 21），（ 22），（ 23）可看出，当δ，ω，φ确定后，采光组件倾角β和方位角γ 的值决定了直接日射入角θ，因此只要控制采光组件使其倾角和方位角有合适 的值，就可以保证太阳光线入射角θ为 0，从而最大限度地收集太阳能。 故我们可以根据不同地区的情况确定一个合适的太阳能阵列的固定的安装角，从而能最大效率利用太阳能。 一、硬件电路设计 单片机供电电源 通过 7805 稳压芯片和电容的滤波作用组成 5V 稳压电路主要给单片机供电，电路原理图如图 所所示： 图 5V 稳压电路原理图 单片机最小系统 本设计跟踪控制装置属于典型的闭环控制系统，需要控制的对象是两片感光电路板。 被控量是跟踪器的转角位置，执行元件是步进电机，反馈 元件是光电传感器，而步进电机的转动状态及传感器的反馈信号都是在单片机控制系统的控制下完成的。 最小系统原理图如图 所示 图 单片机最小系统原理图 跟踪器设计 本次设计采用两个光敏电阻搭成 45 度的跟踪结构，光敏电阻将光强大小转换为电阻大小，再通过惠斯通电桥将电阻的变化转化为电压的变化，通过比例运放电路转化成适合的 A/D 模拟输入量。 下面详细介绍一下这一过程所用的器件。 光敏电阻简介 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。 光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。 当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子 — 空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。 一般 光敏电阻器结构如下图所示。 光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。 光敏电阻器在电路中用字母“ R”或“ RL”、“ RG”表示。 基于本次设计的要求，我选用 CDS 光敏电阻 GL3537，其暗阻是 10K。 惠斯通电桥简介 电桥法测量是一种很重要的 测量技术。 由于电桥法线路原理简明，仪器结构简单，操作方便，测量的灵敏度和精确度较高等优点，使它广泛应用于电磁测量，也广泛应用于非电量测量。 【 4】 电桥可以测量电阻、电容、电感、频率、压力、温度等许多物理量。 同时，在现代自动控制及仪器仪表中，常利用电桥的这些特点进行设计、调试和控制。 电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。 直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥，单臂电桥又称为惠斯通电桥，主要用于精确测量中值电阻。 双臂电桥又称为开尔文电桥，主要用于精确测量低值电阻。 本次设计主要是应用惠斯通电桥将电阻变化转化成电压变化。 如图 所示： 图 惠斯通电桥 由于所选光敏电阻的暗阻是 10K,当 R1=R3,R2=R4 时电桥的输出电压灵敏度最高，称为等臂电桥，这时电桥输出是 VOUT=R1/R1*U，所以 R1， R3， R4 也选用10k 电阻。 运放 LM358 简介 通过光敏电阻采集到的信号需要通过运算放大电路转化成适合单片机处理的信号，因此用到集成运算放大器。 本次设计选择 LM358 运算放大器。 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工 作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压。