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太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究

何燕阳  
【摘要】:随着石油、煤炭、天然气等化石能源的逐渐匮乏以及人类生存环境污染日趋严重,人类急需寻找可再生清洁新能源。太阳能因其普遍存在、储量无限、清洁、经济等优点,成为最具发展潜力的可再生清洁能源,而光伏发电是利用太阳能的重要方式之一。目前,光伏发电系统多采用固定式,这种系统发电效率低,若采用自动跟踪太阳,太阳电池板的能量接受率能提高35%。因此,研究太阳能电池板追日自动跟踪具有重要意义,它不仅能提高光伏发电效率,降低发电成本,还将进一步促进光伏发电产业的发展。 本文先对光伏电池的工作原理、伏安特性以及在不同光照和温度条件下的输出特性进行分析,得出光伏电池的输出功率与光照强度成正比,因此有必要进行追日自动跟踪。由于天气多变,本文根据晴天、多云和阴雨三种不同天气中太阳能辐射的特点进行自动跟踪模式的设计,并给出了光电跟踪方式中的检测思路和实现方法,计算了太阳运动轨迹中的高度角和方位角,将光电跟踪方式和太阳运动轨迹跟踪方式相结合,并对太阳能电池板进行风速保护和限位保护,使太阳能电池板全天候安全地自动跟踪太阳。 根据系统功能,在进行系统总体设计的基础上,对系统的硬件部分和软件部分进行设计。硬件部分包括双轴机械跟踪机构、光强检测与转换电路、太阳方位检测与转换电路、PLC控制、开关电源等模块;而软件部分设计了太阳能电池板追日自动跟踪系统主要程序的流程图和部分PLC程序,实现了各个硬件模块的功能。 最后,仿真验证了太阳运动轨迹跟踪方式中太阳高度角和方位角计算的准确性,以及采用混合跟踪模式能大大提高太阳能电池板的发电效率,并设计了人机交互界面,提出了系统改进方案。 本课题设计的太阳能电池板追日自动跟踪系统,实现了对太阳的自动跟踪,使太阳光基本垂直入射到太阳能电池板上,提高了太阳能电池板的发电量。


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