【正文】 位檢測傳感器和方位檢測電路 光強(qiáng)檢測傳感器和光強(qiáng)檢測電路 A/D A/D 單片機(jī) A/D 外部時(shí)鐘 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 高度角電機(jī) 方位角電機(jī) 太陽能電池板 蓄電池充電控制器 蓄電池 充電電流、電壓檢測 電源模塊的設(shè)計(jì) 眾所周知，電源電路的設(shè)計(jì)，乃是在整體電路設(shè)計(jì)的中最基礎(chǔ)的必備功夫。 通過合理的設(shè)計(jì) 外圍輔助，一個(gè)完備的 DC/DC 光伏充電控制器可以具備光伏充電控制器要求的所有功能要求。 三段充電方式優(yōu)點(diǎn)是，充電電流較為理想 的逼近理想的充電電流曲線，充電器只需要三種狀態(tài)的切換，軟硬件設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。該階段充電電壓值為 。 圖 對(duì)于額定電壓 12V 容量為 C 的蓄電池三階段充電電壓、電流曲線如圖 所示 圖 恒流充電：當(dāng)蓄電池端電壓低于 時(shí)，采用恒流充電。這種方式在充電初期不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會(huì)出現(xiàn)過高的電壓，使蓄電池產(chǎn)生析氣。與恒流充電法相比，雖然這種方法不會(huì)浪費(fèi)過多的充電功率，但在恒壓充電初期充電電流過大，可能會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池壽命，甚至使蓄電池極板彎曲，造成報(bào)廢。 （ 1） 恒流充電法 恒流充電將流入蓄電池的充電流控制在一個(gè)恒定值上為蓄電池充電，在充電過程中，要不斷的調(diào)整蓄電池的電壓使之恒定不變，此種方法適合于小電流長時(shí)間的充電模式。受到了較好的保護(hù)，提高了傳動(dòng)裝置的壽命。系統(tǒng)特點(diǎn)：該跟蹤機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的原理如圖 所示。 光強(qiáng)檢測傳感器 光強(qiáng)檢測傳感器通過檢測太陽入射光強(qiáng)，確定當(dāng)前環(huán)境中的天氣狀況。xE 和 yE 分別代表光斑在 x 軸和 y 軸上的偏移分量。根據(jù)光斑在各象限上能量分布的比例，能夠計(jì)算出入射光斑的中心位置，從而確定太陽的空間方位， 以便跟蹤太陽的方位變化。 為提高光電跟蹤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，本系統(tǒng) 采用一種光電集成器件 —— 四象限光電探測器作為太陽方位檢測傳感器。），得到日出時(shí)角和日落時(shí)角的表達(dá)式為： 1 a r c c os( ta n ta n )? ? ? ? ? （ 9） 2 a r c c o s( ta n ta n )? ? ? ? ? ? （ 10） 計(jì)算出日出 時(shí)角和日落時(shí)角后，由式 （ 7） 可得出日出時(shí)間 1T 和日落時(shí)間 2T 即： 1112 /15T ? ?? （ 11） 2212+ /15T ?? （ 12） 光電跟蹤方法的設(shè)計(jì) 光電跟蹤主要是通過固定在太陽能電池板上，且與板面平行的太陽方位檢測傳感器和光強(qiáng)檢測傳感器來分別檢測太陽的方位變化和光強(qiáng)變化，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)跟蹤裝置進(jìn)行太陽自動(dòng)跟蹤。 為有效跟蹤太陽的位置 ,除了要計(jì)算出太陽的實(shí)時(shí)位置外 ,還需要知道具體某天的日出時(shí)角 1? 和日落時(shí)角 2? 。下午時(shí) ? ＜ 0176。 為了得到準(zhǔn)確的真太陽時(shí) , 可以根據(jù)定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)來 校正時(shí)差值 , 我國區(qū)域的時(shí)差 e 確定如下 ： 0 . 0 1 7 2 0 . 4 2 8 1 c o s 7 . 3 5 1 5 s i n 3 . 3 4 9 5 c o s 2 9 . 3 6 1 9 s i n 2e ? ? ? ? ? ? ? ? ? (4) 360 ( 1)365 n?? ? (5) 0 [ ( ) 120 ] / 15 / 60t t long itude e? ? ? ? ? (6) 式中： ()long itude 為光伏發(fā)電地點(diǎn)的地理經(jīng)度，中國地區(qū)的北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的經(jīng)度為120? ； t 為北京時(shí)間。 太陽方位角 s? 是指太陽光線在水平面上的投影和當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，即： s in s in s inc o s c o s c o ssss? ? ? ??? ?? （ 3） 式 （ 1） ~（ 3） 中的赤緯角 ? 和時(shí)角 ? 的計(jì)算需要通過時(shí)間確定。其中 ? 為當(dāng)?shù)氐木暥冉?； ? 為太陽赤緯角，春分和秋分時(shí) ? =0176。太陽在天球上的位置可由太陽高度角 s? 和太陽方位角 s? 確定。多云天氣主要使用的是太陽運(yùn)動(dòng)軌跡的 跟蹤。并設(shè)計(jì)了充電控制模塊把電池板轉(zhuǎn)換的電能存儲(chǔ)在蓄電池中。并設(shè)計(jì)了充電控制模塊把電池板轉(zhuǎn)換的電能存儲(chǔ)在蓄電池中。雙軸跟蹤是一種全方位的跟蹤技術(shù)，它彌補(bǔ)了單軸跟蹤的不足之處， 目前視日運(yùn)動(dòng)軌跡的雙軸跟蹤主要分為兩種方式：極軸跟蹤方式，高度 方位角太陽軌跡跟蹤方式 。光電跟蹤和太陽運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤相結(jié)合的跟蹤方法首先通過太陽運(yùn)動(dòng) 軌跡對(duì)太陽進(jìn)行粗略的跟蹤然后啟動(dòng)光電跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行精確地跟蹤。光電跟蹤通過使用光敏二極管、光敏電阻、硅光電池等光敏元件，來檢測太陽的運(yùn)動(dòng)方向，并控制跟蹤裝置追蹤太陽的運(yùn)行。因此，太陽自動(dòng)跟蹤對(duì)提高 太陽能的利用率有著重大意義。目前，在太陽能利用領(lǐng)域中，如何最大限度的提高光伏發(fā)電效率，仍為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。其中太陽能作為新能能源與可再生能源的重要組成部分，有著煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源無法比擬的優(yōu)點(diǎn)： 1，儲(chǔ)量豐富； 2，應(yīng)用廣泛； 3，綠色環(huán)保； 4，經(jīng)濟(jì)性。硬件設(shè)計(jì)包括太陽方位檢測、光強(qiáng)檢測、單片機(jī)控制、數(shù)據(jù)采集、外部時(shí)鐘、光伏電源等模塊；而軟件部分設(shè)計(jì)了太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的軟件體系，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)硬件模塊的功能、光電檢測數(shù)據(jù)的處 理以及跟蹤機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)控制。根據(jù)提出的跟蹤方法，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)跟蹤式獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用太陽自動(dòng)跟蹤，能有效地提高太陽能的利用率。 目錄 中文摘要 .............................................................. 3 英文摘要 .............................................................. 4 1 引言 ................................................................ 5 課題研究的背景和意義 ............................................. 5 課題研究的現(xiàn)狀 ................................................... 5 課題研究的主要內(nèi)容 ............................................... 6 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 .................................................. 7 跟蹤方法 ......................................................... 8 太陽軌跡跟蹤方法的設(shè)計(jì) ....................................... 8 光電跟蹤方法的設(shè)計(jì) .......................................... 10 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .................................................. 13 充電模塊的設(shè)計(jì) .................................................. 14 充電策略的選擇 .............................................. 14 充電控制器的選擇 ............................................ 17 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ..................................................... 18 電源模塊的設(shè)計(jì) .................................................. 19 24V 到 5V的轉(zhuǎn)化 ............................................. 21 24V 到負(fù) 15V 的轉(zhuǎn)化 .......................................... 22 24V 到 15V 的轉(zhuǎn)化 ............................................ 22 24V 到 12V 的轉(zhuǎn)化 ............................................ 23 24V 到 12V 的轉(zhuǎn)化 ............................................ 23 光電檢測模塊的設(shè)計(jì) .............................................. 24 太陽方位檢測模塊 ............................................ 24 太陽光強(qiáng)檢測模塊 ............................................ 26 單片機(jī)控制模塊 .................................................. 28 單片機(jī)的選擇 ................................................ 28 外部時(shí)鐘電路 ................................................ 29 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ............................................ 29 蓄電池充 電模塊 .................................................. 31 DC/DC 變換電路 .............................................. 31 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路 ............................................. 33 電壓采樣電路 ................................................ 34 電流采樣電路 ................................................ 35 蓄電池溫度檢測電路 .......................................... 35 PWM 方波設(shè)計(jì) ................................................ 36 4 電路仿真 ........................................................... 37 降壓（ BUCK）電路的仿真 .......................................... 37 太陽光強(qiáng)和方位檢測電路的放大電路的仿真 .......................... 37 結(jié)論 ..........