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毕业论文(设计)太阳能发电控制系统.docx

发布:2017-11-20约1.93千字共4页下载文档
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太阳能发电控制系统摘要:从提高太阳能的利用率出发,说明一种基于时间和位置粗调及基于光强的微调组合自动追光控制系统。关键词:太阳能 自动追光 0 引言随着全球经济的发展,能源短缺问题日益突出。作为一种新兴能源,太阳能受到了人们越来越多的关注。太阳能具有数量巨大、清洁无污染,分布不受地域限制等诸多优点。然而如何提高太阳能的利用率是我们必须面临的挑战。解决这一问题应从两方面入手,一是提高太阳能装置的能量转换率,二是提高太阳能的接收效率。本文正是从后者出发说明一种自动追光的太阳能发电控制系统。1 系统组成及原理太阳能电池是利用半导体材料的电子特性把阳光直接转换成电能的一种固态器件。太阳能电池的发电量与阳光的照度有光,当太阳光线与太阳能电池板平面垂直时其电能转换率最高。该自动追光系统主要分为两部分,一是基于时间和位置的追光系统,二是基于光强的日光跟踪系统。其中基于时间与位置的系统主要负责日光大致方向的确定,而基于光强的日光跟踪系统进行精确控制,二者相辅相成,几乎可以实现太阳能电池板时刻与日光保持垂直状态,充分提高电能转换率。1.2 基于时间和位置的追光系统众所周知,地球在围绕太阳转动的同时也在进行自转,一年一年往而复始。一天之中,太阳相对用户进行着近似椭圆轨道的运动,而一年中每一天太阳直射在地球的位置都不同,春分秋分时太阳直射赤道,夏至时太阳直射北回归线。所以我们可以建立一个有关太阳运动的模型,通过时间与位置(如经纬度)信息,计算出太阳相对于用于的高度角及方位角。图1太阳高度角、方位角 图2如图2所示为本子系统的大致架构。本系统采集时间以及经纬度位置信息输入至主控制器中。在控制器中编写有关太阳运动模型的程序,计算出一个高度角与方位角,控制器由数据产生一个控制信号传送至执行机构。执行机构根据控制信号驱动电机转动,调节太阳能电池板的高度角、方位角,从而实现对于日光的追踪。1.3基于光强的控制系统在前一个系统中,由于模型选取具有一定的误差,且在太阳运动模型中的一些参数会随时间及用户位置的变化而变化,因此单纯的基于位置时间控制方式,难以满足系统对精度的要求。所以在此基础上增加基于光强的控制方式,对太阳位置跟踪结果进行修正,从而在一定程度上提高了系统的跟踪精度。图3 图4 基于光强控制方式基于光强能量的控制方式主要通过光敏元件对太阳光强的实时检测来完成对太阳的跟踪。如图3所示,十字架型结构就将光强采集板分成了上下、左右四个区域,显然当太阳光线与底部的采集板偏离一个角度的时候,则上下、左右4个区域输出的光强值不一样;反之,当太阳光线与底部的采集板垂直的时候,上下、左右4个区域的光强值相等。本系统中光强数值最后转化为光敏元件电压或者电流输出,所以只需通过检测各个区域的光敏元件输出电压或者电流值即可间接的测量太阳能电池板是否正对太阳。当上下、区域光敏元件输出的参数值不一样则驱动电机转动,直到两者相同为止;当左右区域输出的参数值不一样则驱动电机转动,直到两者相同为止。2两种控制方式的评价基于时间与位置(或天文历法和经纬度)的控制系统根据采集时间位置信息利用建立的太阳运动模型进行太阳方位角、高度角的预测,能够大致确定太阳的方向,但是实际太阳的运动情况肯定与建造的模型存在一定差距,所以追踪的精度可能不高,由于其为开环结构比较简单,没有要求高精度的反馈环节,故其成本会较低。而基于光强的控制方式适合微型调节、精度较高,但是其调节范围略小,而且容易受到环境因素的影响,如云朵及其他光等因素。除此之外,光敏元件目前非常常见,所以该子系统非常经济。在整个系统中由于考虑到经济实际因素,故将两种低成本的控制方式结合起来,通过时间与位置进行粗调,再利用光强进行微调,刚好能够取到相互取长补短的作用,极大提高光能接收效率。3 结语关于太阳能利用的研究近几年来已经成为炙手可热的话题而提高光电转换率一直是人们重点研究的对象,采用自动跟踪系统将会掀起太阳能电池在各个领域应用的新高潮,市场前景广阔。【参考文献】1. 丁伟. 太阳能发电自动跟踪控制系统研究与实现[D].硕士, 2010.2. 杨培环. 高精度太阳跟踪传感器与控制器的研究[D].硕士, 2010.3. 郎龙军. 太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计.硕士, 2010.4. F.R.Rubio,M.G Ortega,F.Gordillo,M.Lopez·Martinez.Application of new control strategy for sun tracking[J].Energy Conversion and Management,2007,48(7):2174—2184
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