智能型太阳能跟踪系统设计开题报告

淮 阴 工 学 院毕业设计 (论文 )开题报告学 生 姓 名： 刘 辉 学 号： 1071205220 专 业： 自动化设计 (论文 )题目 ： 智能型太阳能跟踪系统设计——硬件部分指 导 教 师 : 王文杰2011 年 02 月 26 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2000 字左右的文献综述文 献 综 述1.1 课题来源与课题意义随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能这个清洁的可再生能源，已受到许多国家的高度重视和利用。我国是一个太阳能资源较为丰富的国家，且分布范围较广，因此充分利用太阳能资源，有着深远的能源战略意义。能源短缺问题是目前许多国家面临的最重要的问题 , 太阳能作为一种清洁无污染的能源 , 有着巨大的开发前景。由太阳能电池板的特性可知，它的发电量与照射到它上面的光照强度成正比，而接受太阳的直射光，可以得到太阳的最大光照强度。太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化等问题，传统的太阳能电池板大都采用固定式安装，即电池板固定在某个位置，不随太阳位置的变化而移动，严重影响光电转换效率，理论分析表明，太阳跟踪与非跟踪能量的接收率相差 37.7%[1] 。因此，太阳自动跟踪装置的利用是提高太阳能利用率的一个重要途径。 研究精确的太阳跟踪装置，可使太阳能采光板的热接受率大大提高，从而可提高太阳能的利用效率，拓宽太阳能的利用领域。鉴于此，本研究设计追日性能良好的太阳自动追踪系统。此系统可以提高照射能量密度，取得光照的最大量，进而提高太阳能发电系统的太阳能利用率，因此极具研究发展的重要性。本课题属于单片机开发系统设计， 通过完成本课题， 学生片机系统开发的设计制作、编程和调试方面得到训练，为以后从事相关工作打下良好的基础。1.2 课题在国内外发展状况目前，太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方式：一种是光电追踪方式，另一种是根据视日运动轨迹追踪；前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统 [2] 。（一）光电追踪。目前，常用的光电追踪有重力式、电磁式和电动式。这些光电追踪装置利用光敏传感器，如硅光电管进行太阳光的检测。这些装置中，光电管的安装靠近遮光板。通过调整遮光板的位置使遮光板对准太阳、硅光电池处于阴影区；当太阳西毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告移时遮光板的阴影偏移，光电管受到阳光直射输出一定值的微电流，作为偏差信号，经放大电路放大， 由伺服机构调整角度使追踪装置对准太阳完成追踪。 光电追踪灵敏度高，结构设计较为简单；但受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往不能照射到硅光电管上，导致追踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误动 [3] 。（二）视日运动轨迹追踪。视日运动轨迹系统根据追踪系统的轴数，可分为单轴和双轴两种。（ 1）单轴追踪。单轴追踪一般采用：①倾斜布置东西追踪；②焦线南北水平布置，东西追踪；③焦线东西水平布置，南北追踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向追踪。单轴追踪的优点是结构简单，但是由于入射光线不能始终与主光轴平行，收集太阳能的效果并不理想。（ 2）双轴追踪。如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够追踪太阳就可以获得最多的太阳能，全追踪即双轴就是根据这样的要求而设计的。双轴追踪又可以分为两种方式：极轴式全追踪和高度角方位角式全追踪。目前的太阳自动追踪技术还尚未成熟，但有了长足的进步和发展。在不久的将来，性能更好，精度更高，成本更低的太阳自动追踪装置将呈现在大家面前。1.3 查阅资料对课题研究的启发经过查阅各种资料， 对本课题的理解更加深刻。 由于太阳能存在着密度低、 间歇性、光照方向和强度随时间不断变化等问题，所以提出合理的设计方案十分重要。本课题在拟定设计方案中，对太阳的准确定位是主要的难点，是最终设计的成功的保障。传感器的选用和结构设计，关系到是否能采集到正确的数据。本课题有很大的实际应用意义太阳能光伏发电， 人类未来能够持续生存和发展的重要手段之一，因此人类对于太阳能利用方面的探索和研究将更加积极，同时也预示着太阳能发电将在未来的社会中扮演越来越重要的角色。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告参考文献：[1] 郑守探 , 余杰 . 太阳能电源 . 郑州：河南人民出版社， 1992（ 7）[2] 李 敏 , 刘 京 诚 , 刘 俊 等 . 一 种 新 型 的 太 阳 能 自 动 跟 踪 装 置 [J]. 电 子 器 件 , 2008(5):1701 ～ 1708 [3] 孙茵茵 , 鲍剑斌 , 王凡 . 太阳自动跟踪器的研究 [J]. 机械设计与制造 ,2005(7): 157～ 159 [4] 王淼 , 王保利 , 焦翠坪 , 景崇友 . 太阳能跟踪系统设计 . 新能源专题—电气技术2009 年第 8 期[5] 欧阳名三，余世杰 , 沈玉樑 . 采用单片机的太阳能电池最大功率点跟踪控制器 . 电子技术， 2002（ 12） :49 ～ 51 [6] 余泽通 , 宋长源 . 硅光电池板自动跟踪太阳机械装置的设计 [J]. 新乡学院学报，2008（ 3） :70 ～ 71 [7] 王炳忠， 汤洁． 几种太阳位置计算方法的比较研究 [J] ． 太阳能学报， 2001， 22(4) ：12-17 [8] 张鹏 , 王兴君 , 王松林 . 光线自动跟踪在太阳能光伏系统中的应用 [J]. 现代电子技术 ,2007(14) [9] 薛建国 . 基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计 [J]. 长春师范学院学报( 自然科学版 ),2005.24(3):262 30 [10] 戴冉． 基于新历元的高精度太阳坐标模型 [J] ． 大连海事大学学报， 1996， 22(2) ：24～ 26 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）2.1 本课题要完成的任务本课题是对智能型太阳能跟踪系统的硬件进行设计 ,要求确定系统实现方案， 并绘制出相应的系统原理示意图，硬件结构框图；硬件原理图的设计，电路板的设计与制作，结合另一位同学所做的软件进行系统调试，并编写设计过程文档等。系统主要实现的功能： 通过检测系统检测 ,将信号送入单片机系统进行比较， 驱动步进电机转动旋转找到最佳位置，使阳光始终保持直射光伏电池，并根据太阳的不同位置进行自动跟踪，以使光伏电池对太阳能的利用最大化。2.2 本课题要研究或解决的问题（ 1）提出合理的太阳追踪方案；（ 2）根据方案进行的系统的机械结构设计；（ 3）如何实现系统对太阳的准确定位；（ 4）检测电路中传感器挡光板设计。2.3 拟采用的研究手段查阅资料提出合理方案软件硬件设计运行调试 完成实物制作图 1 设计流程（ 1）如图 1 所示，首先搜集相关期刊资料、图书资料，分析目前研究的系统存在的优缺点，提出合理方案，然后进行软件和硬件的设计。根据绘制的电路图，制作实物，实现运行调试。若不符合课题要求，应对方案和软件硬件做相应调整。（ 2）设计中碰到的问题，及时查资料或者向老师和同学请教。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2.4 课题总体设计思路（ 1）系统组成如图 1 所示，整个系统由 STC单片机，检测电路，信号放大电路，两路步进电机驱动电路，显示电路，外接键盘电路组成。检测电路 信号放大 电路步进电机驱动电路STC 单片机显示电路外接键盘报警电路图 2 系统框图（ 2）单片机控制系统单片机控制系统由 STC单片机作为智能单元，接收由外部电路传送的各种信息，然后发出指令，对整个装置进行控制。（ 3）检测电路该电路由分布在光伏电池板上下左右四个位置的光敏电阻构成，产生四路信号。（ 4）信号放大转换电路由于检测电路产生的模拟量信号十分微弱，不利于后续电路的处理，经由放大电路放大，送入单片机进行 A/D 转换，然后单片机按照要求发出控制指令。（ 5）显示电路和外接键盘电路显示电路主要由一块液晶显示器组成，主要用于显示主光伏电池的电压大小，便于对系统进行运行和调试。外接键盘由手动控制主光伏电池的上下左右旋转键构成，用于系统的快速定位。（ 6）步进电机驱动电路由单片机对检测电路输入的四路检测信号的比较，对步进电机发出正反转信号，以调节光伏电池的水平位置和仰角。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：该同学在文献综述中简述了新型清洁可再生能源的重大意义， 重点介绍了提高照射能量密度，取得光照的最大量对太阳能利用的重要性，在此基础上，介绍了几种常见的太阳能跟踪方案， 同时， 对国内外太阳能利用及跟踪系统的发展做了简述。 在此基础上，在研究问题及手段中大致规划了自己课题中将要采用的方案。可以看出，该同学对自己所做的课题已经有了一定的了解，可以深入开展下一步的设计工作。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：该同学对课题的基本设计思路清晰、正确，设计模块的划分合理，课题属于单片机应用系统开发，难度与深度是适中；设计进度的安排比较合理，按此进度进行应能较好地完成设计任务。指导教师：年 月 日所在专业审查意见：负责人：年 月 日