太阳光自动跟踪系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言:太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响,传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率,设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统,能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度,最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理:该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度,传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号,并与事先设定的峰值进行比较。
然后,根据比较结果来控制执行机构,使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择:光敏电阻是该系统中最重要的一个元件,因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时,需要考虑以下因素:光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计:测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号,滤波器用于去除噪声和杂散信号,模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中,需要合理设置放大系数和滤波参数,以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计:控制电路是系统的核心部分,其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号,与事先设定的峰值进行比较,并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较,运算放大器用于放大比较结果的差别,逻辑电路用于判断角度调整方向,并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计:执行机构是该系统中最关键的部分,其功能是根据控制电路的指令,使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种:电动执行机构和气动执行机构。
光伏发电自动跟踪系统的设计

光伏发电自动跟踪系统的设计一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重,可再生能源的开发和利用受到了越来越多的关注。
其中,光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式,具有广泛的应用前景。
然而,传统的光伏发电系统往往存在固定安装、无法有效跟踪太阳位置的问题,导致能量接收效率不高。
因此,本文旨在设计一种光伏发电自动跟踪系统,以提高光伏电池板的能量接收效率,从而推动光伏发电技术的发展和应用。
本文首先介绍了光伏发电的基本原理和现状,分析了传统光伏发电系统存在的问题和不足。
然后,详细阐述了光伏发电自动跟踪系统的设计原理和实现方法,包括硬件设计和软件编程两个方面。
在硬件设计方面,介绍了系统的主要组成部分,如传感器、电机驱动器等,并阐述了它们的工作原理和选型依据。
在软件编程方面,介绍了系统的控制算法和程序流程,包括太阳位置计算、电机控制等。
本文对所设计的光伏发电自动跟踪系统进行了实验验证和性能分析,证明了该系统的有效性和优越性。
也指出了该系统存在的不足之处和改进方向,为未来的研究提供了参考和借鉴。
通过本文的研究和设计,旨在为光伏发电领域提供一种高效、可靠的自动跟踪系统解决方案,推动光伏发电技术的进一步发展和应用,为实现可持续发展和环境保护做出贡献。
二、光伏发电原理及关键技术光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的发电方式。
当太阳光照射到光伏电池上时,光子与光伏电池内的半导体材料相互作用,激发出电子-空穴对。
这些被激发的电子和空穴在光伏电池内部电场的作用下分离,形成光生电流,从而实现光能向电能的转换。
光伏发电的关键技术主要包括光伏电池材料的选择、光伏电池的结构设计、光电转换效率的提升以及系统的集成与优化。
光伏电池材料是光伏发电的基础,常用的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及薄膜光伏材料等。
不同材料具有不同的光电转换效率和成本,因此在选择时需要综合考虑性能和经济性。
光伏电池的结构设计也是影响光伏发电效率的重要因素。
《2024年太阳能自动跟踪系统的设计与实现》范文

《太阳能自动跟踪系统的设计与实现》篇一一、引言随着环境保护和可再生能源的日益重视,太阳能的利用成为了全球关注的焦点。
太阳能自动跟踪系统作为一种提高太阳能利用效率的重要手段,其设计与实现显得尤为重要。
本文将详细阐述太阳能自动跟踪系统的设计原理、实现方法和应用前景。
二、系统设计目标本系统的设计目标是为了提高太阳能的利用率和发电效率,通过自动跟踪太阳的运动,使太阳能电池板始终面向太阳,从而最大限度地接收太阳辐射。
同时,系统应具备操作简便、稳定可靠、成本低廉等特点。
三、系统设计原理太阳能自动跟踪系统主要由传感器、控制系统和执行机构三部分组成。
传感器负责检测太阳的位置,控制系统根据传感器的数据控制执行机构进行相应的动作,使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。
1. 传感器部分:传感器采用光电传感器或GPS传感器,实时检测太阳的位置。
光电传感器通过检测太阳光线的强度和方向来确定太阳的位置,而GPS传感器则通过接收卫星信号来确定地理位置和太阳的位置。
2. 控制系统部分:控制系统是太阳能自动跟踪系统的核心部分,负责接收传感器的数据,并根据数据控制执行机构的动作。
控制系统采用微处理器或单片机等控制器件,通过编程实现控制算法。
3. 执行机构部分:执行机构主要负责驱动太阳能电池板进行动作。
常见的执行机构有电机、齿轮、导轨等,通过控制执行机构的动作,使太阳能电池板能够自动跟踪太阳。
四、系统实现方法1. 硬件实现:太阳能自动跟踪系统的硬件主要包括传感器、控制系统和执行机构。
传感器和执行机构的选择应根据实际需求和预算进行选择,而控制系统的硬件则需根据所采用的微处理器或单片机等器件进行设计。
2. 软件实现:软件实现主要包括控制算法的编写和系统调试。
控制算法的编写应根据传感器的数据和执行机构的动作进行编程,通过控制算法实现太阳能电池板的自动跟踪。
系统调试则需要对整个系统进行测试和调整,确保系统的稳定性和可靠性。
五、应用前景太阳能自动跟踪系统的应用前景广阔,可以广泛应用于太阳能发电、太阳能热水器、太阳能干燥等领域。
太阳能自动跟踪系统的设计

太阳能自动跟踪系统的设计解决方案:跟踪系统驱动器接口电路步进电机驱动电路限位信号采集电路太阳能是已知的最原始的能源,它干净、可再生、丰富,而且分布范围广,具有非常广阔的利用前景。
但太阳能利用效率低,这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及,如何提高太阳能利用装置的效率,始终是人们关心的话题,太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径,从而大大提高了太阳能的利用效率。
跟踪太阳的方法可概括为两种方式:光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。
光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机,计算机运行程序调整采光板的角度实现对太阳的跟踪。
光电跟踪的优点是灵敏度高,结构设计较为方便;缺点是受天气的影响很大,如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况,会导致跟踪装置无法跟踪太阳,甚至引起执行机构的误动作。
而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪,所以本设计采用视日运动轨迹跟踪方法和双轴跟踪的办法,利用步进电机双轴驱动,通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制,实现对太阳的全天候跟踪。
该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。
该文主要从硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与实现。
系统总体设计本文介绍的是一种基于单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统,系统主要由平面镜反光装置、调整执行机构、控制电路、方位限位电路等部分组成。
跟踪系统电路控制结构框图如图1所示,系统机械结构示意图如图2所示。
任意时刻太阳的位置可以用太阳视位置精确表示。
太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。
太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。
太阳方位角即太阳所在的方位,指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角,可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。
系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角,从而可以实时精确追踪太阳的位置。
上位机负责任意时刻太阳高度角和方位角的计算,并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向的步进电动机运行的步数,将数据送给跟踪系统驱动器,单片机接收上位机送来的数据,驱动步进电机的运行。
基于PLC的太阳自动跟踪系统的设计与实现

第32卷第3期2010-3【127】基于PLC 的太阳自动跟踪系统的设计与实现Design of solar tracking system based on PLC张文涛ZHANG Wen-tao(北京电子科技职业学院 自动化工程学院,北京 100176)摘 要:太阳跟踪系统在光伏发电系统中应用广泛,本文作者通过设计基于PLC控制技术的驱动系统,自动跟踪太阳光直射方向,提高光伏电池的运行效率。
本设计以北京地区为例,充分利用地理和气象原理,通过自动控制技术设计太阳跟踪系统。
该系统以PLC为控制器为核心控制器,通过利用PLC技术、变频调速技术、人机界面、工业网络等高新技术实施太阳跟踪,并具体论述了太阳跟踪系统的组成、原理、数学模型、应用经验等。
关键词:太阳追踪系统;PLC;太阳能发电;数学模型;应用经验中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2010)03-0127-03收稿日期:2009-12-03作者简介:张文涛(1976-),男,北京人,主任,硕士,研究方向为机电一体化。
0 引言太阳追踪系统的主要功能是实现最大限度地获得输出功率,通过跟踪太阳光直射方向来提高光伏电池的效率,并采用一定算法来寻找光伏电池的最大功率点。
系统在不同时间、地点能够自动控制光伏电池方向,获得最大输出功率。
实践证明,通过实施自动跟踪太阳,可以提高光伏电池的发电效率达30%以上。
1 系统概述1.1 太阳追踪系统现状太阳追踪系统通常分为单轴太阳能追踪系统和双轴太阳能追踪系统两种。
单轴太阳能自动跟踪系统通过自动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。
双轴太阳能追踪系统通过自动控制系统自动跟踪太阳方位角和高度角,方位角和高度角均依靠不同原理自动实施调整。
目前太阳追踪系统依据控制原理划分,分为带传感器闭环控制系统和不带传感器开环控制系统。
两种系统各有优缺点,闭环系统理论上精度更高,获得效率最大,但受到天气、温度、环境因素影响大,特殊环境会导致系统运行不正常。
地面自动跟踪太阳暴晒设备的设计

; aut om atc i fol l ; ow
风沙的影响老化速度 更快 。为了研 究物品的老化与 中物 品会随着时间的推 更是 由于光照 、雨水 、
器 IEe tc lc r al i Appi c s l an e
光照的关系 ,须研制一种 自动 跟踪太阳设备 ,捆绑 物 品于设备上 ,使物 品在单位 面积 、单位 时间内接
太阳暴晒 自动跟踪器的运用使须暴 晒物 品实时垂直太 阳光 ,有效提 高暴晒物品老化试验 效率。 自动跟踪控 制器 的核心 是单 片控 制器 MCU,关键 元件是 光敏传 感器及双
轴 电机 。 其 基 本 工 作 原 理 :MCU对 光 敏 信 号 进 行 采 集 、 运 用 多 种 算 法和 校 正 技 术 综 合 处 理 ,准 确 判 断 太 阳方 向 ,
■ 技 术创 新 ・ 日用 电 器
受最 大 的 太 阳 辐射 能量 ,加 快 物 品 的 老化 速度 。
左( ) ( ) 东 右 西 方向光敏组 ,分别检测 四个方向太阳光照
强度 ,另外两组光敏信号 为运 行控制信号。光敏信号经转 换 电路变成 MCU可处理的 电压信号 ,MCU收集该信 号等 待下一步处理 。该 装置外观工艺设计 优劣对整套设备太 阳 跟踪精度 和有 效性有至 关重 要影响。设计原则 :一 、排 它 性 ,某一方 向光敏传 感器只能检测该 方向太阳光 ,排除检 测到反方 向光线 :二、捕捉性 ,当任何一 方的光线都不能
多能动机面 功互人界
限位保护装置
C M
U
J
双 轴双 向 电机
太阳方位 ,输 出控制双轴双向电机运行 ,使设备指向太阳。
其 基 本 原理 :四 方光 敏 被 固 定 在 一 段 长 5 mm 方形 不 锈 钢 0
基于ZigBee的太阳自动跟踪系统设计

0 引 言
新能 源 的开 发 已成 为 我 国 “ 十二五” 规 划 的
重点 课题 , 得 到 了 广泛 的研 究 和应 用 。太 阳能 发
能充分 利用 太 阳光 照 , 解 决 了如何 降 低 系生 的 问题 , 并 可查看 太 阳光照信 息 , 提供 自动 6
手动 控制 2种方式 。 通过 时钟 控 制 和 光 电控 制 相 结 合 的 ? l
O O 38 4
马正 华 ( 1 9 6 男, 教授 , 研究 为嵌入 式应 用.
De s i g n o f So l a r Au t o - Tr a c k i n g S y s t e m Ba s e d o n Zi g Be e
MA Z h e n g h u a, GU Ba i y a n g, J I A O Z h u q i n g
低 压电器( 2 0 1 3 N o . 4 )
・ 分布式| {
基于 Z i g B e e的太 阳 自动 跟 踪 系统 设 计
马正华, 顾柏杨 , 焦竹青
( 常 州大 学 信 息科 学与工程 学 院 ,江 苏 常 州 2 1 3 1 6 4 )
摘 要:针对以单片机为控制 核心 的太 阳跟踪装置 , 提 出了一种基 于 Z i g B e e技术
关键词 : Z i g B e e ;无 线 通 信 ;自动 跟 踪 系统 ; CC 2 4 3 0 ; 群 集 控 制 中图 分 类 号 : T M 9 2 6 . 2 3 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 1 — 5 5 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 4 一
电作为新能源计划的核心, 也 已被广泛应用于 日 常 生 活及 工 业 生 产 的 各 个 方 面 J 。 目前 , 大 规
家用太阳能聚光器自动跟踪系统的设计

本设 计 中的家 用太 阳能 聚光器 自动跟 踪 部分 主要 由讯 号单 元 、 制单 元 、 行单 元 、 电池组 4 控 执 蓄 个 单 元组 成 , 其原理 方框 图如 图 1 示 。该 控制 器一 维跟踪 工作过 程 如下 : 所 当太 阳光 沿聚 光器 主轴 照
・6 ・ O
西 北 轻 工 业 学 院 学 器 工 作 原 理 方 框 图
角 简称 正午 太 阳高度 , 即一 日内太 阳在 当地 的最大 仰角 ) 其大 小 随纬度 和季节 变化 而有 规律 地 变化 。 , 某 地正 午太 阳高度 可 以用下 面 的公 式来 计算 :
宁铎 刘 莉 萍 李 莉 , ,
( . 西 科 技 大 学 自动 控 制 工 程 系 , 1陕 陕西 咸 阳 7 2 8 ;. 西 科 技大 学 科 技 处 , 西 成 阳 1 0 1 2陕 陕 728) 1 0 1
摘 要 : 对 家用太 阳能聚 光 器 的使 用特 点 , 计 了一 种 由讯 号 单元 、 制 单元 、 行 单 针 设 控 执
元 、 电 池 组 组 成 的 太 阳 能 聚 光 器 自动 跟 踪 系统 , 系统 采 用 一 维 驱 动 、 维 跟 踪 的 伺 服 蓄 该 二
机 构 , 有较 高的运 行可 靠性 。 具
关键 词 : 阳能应 用 ; 太 自动 跟踪 ; 射 式聚光 反 中图分 类号 : K5 3 4 T 1 . 文献 标识 码 : A
动跟 踪 , 而南 北方 向的跟 踪 由东西运 行 的拖动来 实现 。 由于太 阳对 地球 某地 的仰 角在 一年 四季 中 的变
化是 不规 则 的 , 果在 实 现南北 跟 踪时 只是 简单地 利 用机械 装 置使 原动 机 构 的转 动转 换 成步 进 式 的 如 平 动 来 改变 聚光器 倾 角 的话 , 然会 导致 跟踪 误差 加 大 , 此采 用 了凸 轮传 动机 构 , 现 了精 确 的二 必 为 实 维跟 踪 , 原理 如下 所述 。 其
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摘要
随着以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要,包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。
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这十分广阔的应用前景。
本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。
该系统是以单片机为核心,利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算,并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统,使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线,从而提高太阳能的吸收效率。
目前本设计仅通过简单的计算公式得到的数据,对东西向进行每小时一次的角度改变,南北向进行每天一次的角度改变,再通过单片机的判断进行每晚的东西向回归控制以及每半年的南北向跟踪方向的改变控制。
由于时间及作者目前的知识限制,跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪,有较大误差,今后如有机会再进行改进。
关键词:太阳能电池太阳照射角自动跟踪单片机步进电机
Abstract
With the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgy-based energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-up the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect.
In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. The system is based on single-chip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy.
At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the north-south change in control.
Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future.
Keywords:solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor
目录
第一章绪论 (5)
1.1背景和意义 (5)
1.2太阳追踪系统的国内外研究现状 (5)
1.2.1光电追踪 (6)
1.2.2视日运动轨迹追踪 (6)
1.3论文系统设计方案 (8)
1.3.1机械运动实现方案 (8)
1.3.2控制系统方案 (9)
第二章跟踪系统的设计构想及框架 (10)
2.1 跟踪系统的设计要求 (10)
2.2 跟踪系统的组成 (10)
2.1.1.太阳能采集装置 (11)
2.1.2.转向机构 (11)
2.1.3.控制部分 (11)
2.1.4.贮能装置 (12)
2.1.5.逆变器 (12)
2.1.6.控制器 (13)
2.3 太阳照射规律 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
2.3.1.地球围绕太阳的运行规律................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.2.太阳高度角和方位角的确定.............................................................. 错误!未定义书签。
第三章机械部分设计. (14)
3.1整体框架的设计 (14)
3.2 减速装置的选型 (15)
3.3驱动电机的选型 (16)
3.4支撑架设计 (17)
3.5机械结构的整体布局 (18)
第四章控制部分的设计 (20)
4.1 整体电路图的设计 (20)
4.2辅助电路最小理论值 (20)
4.2.1振荡电路 (20)
4.2.2复位电路 (21)
4.3电机驱动电路 (23)
4.4太阳能控制电路 (24)
4.5液晶显示电路 (25)
第六章总结 (32)
参考文献 (33)
致谢 (35)
第一章绪论
1.1背景和意义
当前,以石油,煤,天然气等为主的常规能源,面临着日益“枯竭”的紧迫情势。
现有的已探测储量仅够人类使用几十年。
并且,这些常规能源的使用,对环境有着很大的影响,是导致温室效应的罪魁祸首。
因此,开发和利用新能源的来取代常规能源变的十分紧迫,也是人类当务之急的“任务”之一。
目前,所开发和利用的新能源主要有太阳能、风能、核能、潮汐能等。
太阳能与其他新能源相比可以普遍使用,并且技术上要求没有其他的能源苛刻。
自古以来,人类就开始利用太阳能。
太阳能作为一种“绿色”能源,是解决能源危机和温室效应的主要途径之一。
因此,世界上越来越多的国家已经或开始重视太阳能的开发利用。
虽说太阳能具有很多优点,但是在有效利用上还是有所不足。
尽管太阳能的总能量是巨大的,但是平均密度不高。
太阳能的利用一般都是靠面积比较大的太阳能光电池板来吸收能量。
每一块电池板由许多的太阳能电池组成。
太阳能电池造价较高,这就为开发和利用太阳能提高了门槛。
另外,太阳能的利用对自然环境比较“敏感”,刮风,下雨,阴天等恶劣的天气情况都影响太阳能的使用。
太阳追踪系统是利用太阳能不可缺少的重要组成部分,而完善太阳追踪装置是充分利用太阳能和环境保护必不可少的重要组成部分。
另外,计算机在自动化技术中发挥着极其重要的作用。
而单片机在一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器、计数器等,使其具备了一台微型计算机的特征。
但单片机的应用领域有别于通用计算机,其主要应用于控制领域。
本课题在前人研究的基础上设计出一套以单片机为控制核心的太阳自动追踪控制系统,能够随着太阳光照射方向的变化而使太阳能板始终与太阳光线垂直。
具体要求为结构简单、成本低,不但能在晴天时正常追踪太阳,当突然出现阴天时也能自动追踪,这样就提高了追踪的精度。
基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的严重问题,本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率,而进行太阳追踪系统的开发研究,这对我们面临的能源问题有重大的意义。
同时太阳能又是一种无污染的清洁能源,加强太阳能的开发,对节约能源、保护环境也有重大的意义。
1.2太阳追踪系统的国内外研究现状
太阳能作为一种清洁无污染的能源,发展前景非常广阔,太阳能发电已成为全球发展。