【正文】 在 有詳細敘述） 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)框圖 總體方案設(shè)計是設(shè)計開發(fā)太陽自動跟蹤系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)主要由傳感器，單片機控制器，步進電機，傳動裝置，通信口等組成，系統(tǒng)工作原理圖如圖 所示。按用途光電池可分為太陽能光電池和測量光電池兩大類。 光電池的型號 根據(jù)硅光電池的特點和工作的需要程度，本文選用 2CR43 硅光電池。在一定時間內(nèi)太陽只會出現(xiàn)在某一角度范圍內(nèi)，故跟蹤控制系統(tǒng)只要在這一范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動跟蹤即可。 SCLK：串行時鐘輸 入 VCC1，VCC2：后備電源和主電源。當上升時間小于 1ms 時，上電復(fù)位延時通常小于 。 DS1302 主要引腳有： X1， X2 連接 晶振。電感值最佳值的選取應(yīng)符合式 L=Vout/710 5。短路電流是指把光電池結(jié)的兩端通過外導(dǎo)線短接，形成流過外電路的電流，該電流稱為光電池的輸出短路電流，其大小與光強成正比。 A R 11L M 3 245VR 11R E S 2R F 1 2R E S 2E2P 1 . 5A R 11L M 3 245VR 11R E S 2R F 1 2R E S 2E1P 1 . 4 圖 信號采集電路 為了精確測量數(shù)十 mA 范圍的光電池電流，運算放大器的偏置電流應(yīng)該不大于數(shù)毫安。但計算過程十分復(fù)雜，高精度傳感器成本也很高，對于需要降低成本的小型太陽能利用裝置來講，該種跟蹤方式并不十分適用。工作原理基本相似。 （ ） 時角計算公式 見式 ()， T 為當?shù)貢r間，按小時計算。 相關(guān)角度的計算 在太陽能的地面應(yīng)用中，絕大部分的采光組件或陣列的安裝形式并非水平，而是以與地平面成一定夾角的傾斜形式安裝。即 365． 241 天，因此每四年須閏一日。捷克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào) 節(jié)器為基礎(chǔ)，通過日照溫度的變化實現(xiàn)了單軸被動式太陽跟蹤功能。因此，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用，是保護生態(tài)環(huán)境、走可持續(xù)發(fā)展道路的重大措施。較高一些的也只有幾百攝氏度。再加上西部的大開發(fā)，原油價格的上漲，中國能源戰(zhàn)略的調(diào)整，以及政府加大對可再生能源發(fā)展的支持的力度，所有的這些都為中國太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來極大的機會。為擺脫對進口和傳統(tǒng)能源的依賴，德國近年把能源政策重點放在節(jié)約傳統(tǒng)能源和發(fā)展新型能源兩個方面，以期實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費的可持續(xù)發(fā)展。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達 80 萬千瓦，假如把地球表面 %的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率 5%，每年發(fā)電量可達 1012 千瓦小時，相當于目前世界上能耗的 40 倍。與此同時，能源資源相對短缺又制約了我國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源技術(shù)相對落后影響了能源供給能力的提高。從古至今人類獲得能源的途徑，可分為地上能源、地下能源與天上能源等三個層面或者說成是三個階段。 （ 5 月上旬前） （論文）的工作量要求 ： I. 論文（字數(shù)）： 23 萬字 II. 外文翻譯（字數(shù)）： 5000 字以上 ① 實驗（時數(shù)） *或?qū)嵙暎ㄌ鞌?shù)）： 20 天 ② 圖紙（幅面和張數(shù)） *： SCH、 PCB 圖（ A4 圖幅 4 份以上） ③ 其他要求： 參考文獻（篇數(shù)） ： 15 篇以上（含 3 篇以上外文 ） 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系（教 研室）主任審批 ： 年 月 日 說明： 1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入附件冊，一份教師自留 。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題目： 太陽能光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng) —— 硬件部分 系 （ 部 ）： 電 子 信 息 系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 20xx 年 05 月 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題目： 太陽 能光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng) —— 硬件部分 系 （ 部 ）： 電 子 信 息 系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 20xx 年 05 月 I 西安工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 院（ 系） 電信學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班 070307 姓名 學(xué)號 B07030707 （論文）題目： 太陽能光伏發(fā)電光源跟蹤控制系統(tǒng) —— 硬件部分 ： 隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展及資源的匱乏， 目前人們對太陽能、風能等綠色潔凈能源的渴求日趨強烈。 2 帶 *項可根據(jù)學(xué)科特點選填。地上能源主要是植物能源 (柴、草 )，還有水能、風能等，在人類農(nóng)業(yè)經(jīng)濟社會階段主要是植物能時代，或稱地上能時代。目前，國內(nèi)的能源生產(chǎn)已經(jīng)遠遠不能滿足高速經(jīng)濟增長，能源進口量持續(xù)增加，能源對外依存度在 7%左右，其中石油對外依存度在 43%左右。因此，太陽能等可再生能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步及世界各國政府支持已使可再生能源行業(yè)爆發(fā)式發(fā)展。德國對可再生能源的利用通過立法、政府大量補貼等措施，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。目前，我國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。顯然，它的能源應(yīng)用難度較低，適合于直接利用。這對于世 界尤其是我國是十分迫切的。近幾年來國內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運行的軌道面 (黃道面 )的法線傾斜成 度的夾角，而且地球公轉(zhuǎn)時其自轉(zhuǎn)軸的方向始終不變，總是指向天球的北極，這也是太陽赤緯角的最大值。所以有必要分析傾斜面在特定時間 及地點下的太陽入射計算。地球自轉(zhuǎn)一周為 360176。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能電池板垂直，收集太陽能的效果并不理想 [17][18]。 跟蹤方式的選著 綜合 的幾種跟蹤方式以及結(jié)合本課題的要求，我們選著光電加時鐘跟蹤方式，簡略敘述如下：正常情況下，由光電傳感器反饋信息進而對太陽能電池陣列進行調(diào)節(jié)，使其能與太陽光垂直，保持對太陽能的最大利用。本文中選用 LM324,它的偏置電流是 nA 數(shù)量級， LM324 是一種 4集成運算放大器，由于價廉且使用方便，被廣泛應(yīng)用于控制和一般信號放大處理之中。光電池的光譜特性決定于材料。經(jīng)計算選取 R31=150K， R32=10K,L=34uH。 GND：電源地。 / R S TR 811K3VS 8 1S W P BC 810. 1 uF 圖 復(fù)位電路 C8051F330的 ADC0子系統(tǒng) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 C8051F330 的 ADC0 子系統(tǒng) C8。 I/O：數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳。故在系統(tǒng)中加入一個外部時鐘電路，使系統(tǒng)能夠識別時間。硅光電池應(yīng)用的范圍 400nm~1100nm，峰值波長在 850nm 附近，因此硅光電池可以在很寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。圖給出硅光電池的光電轉(zhuǎn)換電路，運放采用 LM324，在圖中所示條件下，電路放大倍數(shù)如式（ ）所示 :[27] 放大倍數(shù) =1+RF12/R11 () 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 光電池的特性參數(shù) 光電池的主要功能是在不加偏置的情況下能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。其優(yōu)點為調(diào)節(jié)較為精確 ,電路也比較簡單。雙軸跟蹤又可以分為兩種方式 :極軸式全跟蹤和高度角一方位角式全跟蹤。 ／ 24＝ 15176。 太陽光線入射角θ：太陽光線和采光組件表面法線之間的夾角，稱為太陽光線的入射角。在北半球，春分大約是 3 月 21 日、夏至是 6 月 22日，秋分是 9 月 23日，而冬至是 12 月 21日。就現(xiàn)階段國內(nèi)外對太陽跟蹤的研究情況來看，由于受太陽能應(yīng)用系統(tǒng)成本的影響，普遍采用半自動單軸跟蹤方式。 太陽能的利用，有利于自然界的環(huán)境保護，因此如何更進一步地提高太陽能光伏發(fā)電裝置的效率，無論是從科技應(yīng)用的角度，還是從商業(yè)開發(fā)的角度講都是極其重要的課題。 將太陽輻射的光能根據(jù)“光電轉(zhuǎn)換”原理把光能變成電能再加以利用，常稱“光伏轉(zhuǎn)換”。目前，我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)基地的省份主要集中于環(huán)渤海區(qū)域，長三 角區(qū)域的江蘇，華中華南地區(qū)的湖北以及廣東，多晶硅的生產(chǎn)基地則多分布于中西部地區(qū)，其中江蘇的光伏產(chǎn)業(yè)位居全國前列，以無錫尚德太陽能電力有限公司為代表的企業(yè)已具備較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。根據(jù)太陽能協(xié)會 BSW 的數(shù)據(jù)，德國在 20xx 年前 3年中，太陽能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了 5 倍，增速比其它國家平均水平高一倍。 國內(nèi)外太陽能利用現(xiàn)狀 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 從國際上看，世界各國從能源供應(yīng)安全和清潔利用的角度出發(fā)，把太陽能的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展趨勢。 就我國實際情況 來看，我國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年 17000 億噸標準煤。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展進入 21 世紀以來，各國對能源的消耗以日俱增。在計算機、光電子、電力電子等制造及應(yīng)用技術(shù)日趨成熟的今天，此亦成為廣大科學(xué)工作者關(guān)注及研究的熱點。 本設(shè)計基于典型的光電傳感器檢測、放大等環(huán)節(jié)，借助于計算機處理及控制，通過電力電子及運動控制技術(shù)，實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)光電池陣列對太陽的實時最佳跟蹤，從而獲得最大電能輸出。 （ 3 月下旬前） VI. 搭出系統(tǒng)硬件電路，在完成系統(tǒng)通電調(diào)試的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試。 RS485。而且，隨著中國的工業(yè)化和城市化進程，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和民用建筑階段，能源需求 量特別大，西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 目前能源消費總量已經(jīng)接近歐盟 15 國的總量。 由此可見，面對日益嚴重的能源危機，根本出路在于盡快從采用煤石能轉(zhuǎn)而采用太陽能，即從地下能時代轉(zhuǎn)向天上能時代，或稱太陽能時代。日本政府的目標是，在 2030 年之前要將住宅用太陽能電力容量 (現(xiàn)在為 130 萬千瓦 )擴大到 30 倍。 我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展從 20 世紀 50年代開始研究，到 70 年代開展空間應(yīng)用和地面應(yīng)用，光伏產(chǎn)業(yè)初步形成實際上是從 20 世紀 50 年代中后期開始，并在 90年代以后才得到迅速發(fā)展。這種途徑雖最古老，但發(fā)展的最成熟、普及性最廣、工業(yè)化程度很高。近來在這方面的研究有所增加，人們期盼出現(xiàn)突破性的進展 。 20xx 年 2 月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。在自轉(zhuǎn)的同時。均勻地增 加到 360176。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 傾斜面有關(guān)幾何角度 b. 角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式 采光組件所獲得的太陽輻射量主要取決于太陽入射角θ，而θ是太陽赤緯角δ、太陽時角ω、地理緯度φ、采光組件傾斜角β、采光組件方位角γ和的函數(shù)，它們的具體關(guān)系是 : () 其中太陽赤緯角δ可由 Cooper 方程式 ()近似計算： n：一年中的天數(shù)，如：在春分， n=81，則δ =0。②焦線南北水平布置 ,東西跟蹤；③焦線東西水平布置 ,南北跟蹤。這樣能在任何 氣候西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。信號采集處理電路如圖 。 光電池的開路電壓是指當光電池外接電阻為無窮大時，該電阻上所測 得的電壓即為開路電壓。電源電壓模塊圖見圖 . IN1 OUT 3GND2U 2 1M C 7 8 M 0 5