【導讀】用率問題的研究，設計一種基于單片機的光電比較式太陽能自動跟蹤控制器。從而控制五線四相步進電機來實現(xiàn)對太陽位置的跟蹤。該系統(tǒng)具有低成本的優(yōu)點，且具有較好的抗干擾能力，提高了對太陽光能的利用率。制程序，并完成程序設計，通過下載器將程序燒寫到單片機中。件實驗來實現(xiàn)預先設計跟蹤目標。能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的物質基礎。當前，包括我國在內的絕大多數(shù)。國家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源。可持續(xù)能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比列正在顯著地提高。每年增長20%，風力發(fā)電的年增長率更是高達26%。預計在未來的5至10年內，可持續(xù)能源將能夠與礦物燃料相抗衡，從而結束礦物燃料一統(tǒng)天下的局面。其東南年日照時數(shù)多在2200小時以下，其西北在2200小時以上。我國平均年日照百分率分布趨勢與年日照時數(shù)相似。其中，IB1副區(qū)為內蒙古日照百分率夏季峰值

　　

【正文】 型太陽跟蹤器的設計 ［Ｊ］．傳感器與微系統(tǒng)，2020，２８（２）：９１－９６． 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 一、 選 題研究的背景與意義： 太陽能跟蹤的背景及意義 能源短缺問題是目前許多國家面臨的重要問題，太陽能作為一種清潔無污染的能源，有著巨大的開發(fā)前景。我國是一個太陽能資源較為豐富的國家，充分利用太陽能資源，有著深遠的能源戰(zhàn)略意義。利用太陽能的關鍵是提高太陽能電池板采集太陽能的效率，太陽能電池板接受太陽光的直射，由此得到太陽最大光照強度，從而最大限度的采集太陽能。目前太陽能電池板普遍采用半自動單軸跟蹤方式和電池板固定朝南安裝 的方式。這些方法存在的缺點是：轉換效率較低、跟蹤適應能力弱、跟蹤精度低。因此太陽能電池板如能配合基于單片機的太陽能跟蹤控制器的設計，該系統(tǒng)能夠跟蹤太陽的實時位置，精度高，適應性強，有望在光伏發(fā)電中使用。 二、研究課題的學術動態(tài)（國內、國外） 自上世紀 70 年代出現(xiàn)能源危機以來，一些發(fā)達國家十分重視并支持對可再生能源技術發(fā)展，一些歐美國家及國內制定了符合本國的發(fā)展規(guī)劃，并制定如稅收優(yōu)惠、政府補貼、低息貸款、加速折舊等相關政策，有力地保障太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 歐盟自 2020 年開始實施了一項名為 SOLTHERM 的項 目，目標是推動歐洲太陽能集熱器安裝數(shù)量每年增加 200 萬㎡，到 2020 年累計達到 1500 萬㎡；美國規(guī)劃到 2020 年安裝 100 萬套屋頂光伏計劃、安裝機容量 300 萬千瓦；日本提出到 2020 年安裝光伏發(fā)電 760 千瓦；德國已實施 10 萬屋頂計劃，安裝光伏發(fā)電容量 30 萬千瓦，今后還將不斷擴大 。 在國內，青島市建委在 2020 年 4 月出臺的《關于新建工程同時設計安裝太陽能熱水器的意見》中提出：有條件安裝太陽能熱水器的建筑，在建設規(guī)劃中要同時考慮設計、安裝太陽能熱水器，暫時無條件的在設計時應預留戶納管線和安裝位置。 大連市城鄉(xiāng)建 設委員會在 2020 年 8 月出臺的《關于在建筑工程中全面推廣應用太陽熱水器的通知》中規(guī)定，所有新建和改建的低層（別墅）、多層住宅建筑，必須按《大連市太陽應用，對認定的普通商品房應當將可再生能源設備和設施的投資予以扣除。同時，市房地資熱水器建筑設計導則》（ DT052）進行太陽熱水器一體化設計和施工。小高層、高層住宅及其他公共建筑可依據(jù)開發(fā)單位和使用者的要求，確定是否進行太陽熱水器的一體化設計和施工。 在《上海市開發(fā)利用太陽能行動計劃》中，提出要做好與房地產(chǎn)政策的協(xié)調。為鼓勵太陽能的源局進一步制定房地產(chǎn)商開發(fā)別墅 和低層住宅應用可再生能源的引逼政策 [3]。 自上世紀末開始， 國內外就開始對太陽跟蹤系統(tǒng)進行研究， 并取得了很多研究成果， 從單軸跟蹤發(fā)展到雙軸跟蹤， 從單一方式的跟蹤發(fā)展到混合式跟蹤， 跟蹤效果不斷提高。 早在 １９６２ 年，智利瑪利亞大學的 Ｆｉｎｓｔｅ 就設計出了第一個太陽跟蹤器， 隨后幾十年里太陽跟蹤器不斷更新?lián)Q代。１ ９ ９ ４ 年， 捷克科學家在形狀記憶合金調節(jié)器的基礎上， 根據(jù)日照溫度的變化設計完成了被動式的單軸太陽跟蹤［ ４ ］ ； １ ９ ９ ７ 年美國研制出的單軸太陽跟蹤器， 能 完成東西方向的自動跟蹤， 而南北方向則通過手動調節(jié)，［５－６］使接收器的接收效率提高了 １５％ ；在 １９９８ 年美國加州設計完成雙軸太陽跟蹤器， 利用涅爾透鏡使采光板收集更多的能量；2020 年日本的 Ａｉｕｃｈｉ Ｋ 等人設計了用兩組光電器件組成的閉環(huán)自動跟蹤系統(tǒng)， 其精度可達０．１２176。；2020 年西班牙最大的光伏發(fā)電站投入運行， 將太陽跟蹤技術應用于光伏發(fā)電， 使得發(fā)電量提高了 ３ ５ ％［７］ 。近年來針對太陽跟蹤器的研究主要集中在控制器方面，2020 年， Ｂ ． Ｊ ． Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ 等提出了一種單軸三位置的太陽跟蹤系統(tǒng)， 只在三個固定的角度調整光電池位置（ 早上， 中午和下午） ， 使轉換效率得到提高， 而且也能降低能［８］耗 ；2020 年出版的文獻［７］提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡逼近方法和正交矩陣法相結合來確定光伏組件傾斜角的方法［９］ ，也取得了很好的效果；在 2020 年 Ｗａｆａ Ｂａｔａｙｎｅｈ 等提出了一種基于模糊邏輯控制器的太陽跟蹤系統(tǒng)， 通過實驗驗證， 取得了很好的跟蹤效果， 并且可以擴展到多［１０］輸入多輸出系統(tǒng)中。 我國對太陽跟蹤技術的研究較晚， 與發(fā)達國家相比，無論在技 術， 規(guī)模， 還是水平上都存在較大差距， 但是近些年來國內一些專家學者做了許多研究工作， 也取得了很多成果。在 １ ９ ９ ４ 年， 國家氣象局計量站研制出了單軸液壓自動跟蹤器，完成了單向跟蹤［ １ １ ］ ； 張耀明院士課題小組采用閉環(huán)控制電路， 在 ２ ０ ０ ２ 年研制出了光纖光敏探測傳感器，實現(xiàn)了太陽的精密跟蹤；2020 年華中科技大學王尚文等提出了一種混合雙軸太陽跟蹤方法， 第一級采用視日運動軌跡法控制跟蹤， 第二級采用傳感器進行跟蹤［１２］校正 ，得到了很好的跟蹤效果。２００７ 年，我國第一個應 用太陽跟蹤技術的光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行， 通過電機［１ 3］ 動太陽光板跟蹤太陽，使發(fā)電量提高了 ３０％ 以上 。2020年的文獻［１４］給出一種基于可編程邏輯控制器 ＰＬＣ 的雙模式太陽跟蹤控制器， 采用視日軌跡粗略跟蹤與光電傳感器精跟蹤相結合的方法， 達到了對太陽的精確跟蹤， 跟蹤誤差小于 １176。［１４］；文獻［１５］介紹了一種基于 ＡＲＭ 的太陽自動跟蹤模糊控制系統(tǒng)， 能很好的 降低發(fā)電成本［ １ ５ ］ ； 文獻［１６］給出了一種新型的跟蹤系統(tǒng)， 以 ＡＲＭ 微控制器為核心構建嵌入式圖像處理平臺， 實現(xiàn)了對太陽的實時跟蹤，實驗表明在降低能耗的基礎上能可靠跟蹤［ １ ６ ］ 。 三、 本課題研究內容 本設計以 AT89S52 單片機作為核心控制元件，跟蹤器由兩個光敏電阻組成的電路板搭成 45 度結構，并由步進電機控制底座轉動。通過將兩個光敏電阻采集到的信號經(jīng)過比較電路和 A/D，將比較結果輸出至單片機，由單片機分析處理數(shù)據(jù)并輸出至ALN2020A 從而控制五線四相步進電機來實現(xiàn)對太陽位置的跟蹤。該 系統(tǒng)具有低成本的優(yōu)點，且具有較好的抗干擾能力，提高了對太陽光能的利用率。 四、系統(tǒng)主要功能 (1)單片機供電電源 :通過 7805 穩(wěn)壓芯片和電容的濾波作用組成 5V 穩(wěn)壓電路主要給單片機供電 (2) 單片機最小系統(tǒng) :在單片機控制系統(tǒng)的控制下完成步進電機的轉動狀態(tài)及傳感器的反饋信號。 (3) 跟蹤器設計 :光敏電阻將光強大小轉換為電阻大小，再通過惠斯通電橋將電阻的變化轉化為電壓的變化，通過比例運放電路轉化成適合的 A/D模擬輸入量。 (6)步進電機驅動電路：驅動太陽能電板轉動保證太陽能利用率最大。 (7) A/D 采 集電路 ： 用來通過一定的電路將模擬量轉變?yōu)閿?shù)字量 五、本課題研究方案 系統(tǒng)組成原理 本系統(tǒng)由 STC89C52 單片機， ULN2020A,光敏電阻， TLC1543,LM358 等組成。 單片機 驅動器 步進電機 跟蹤器 A/D 轉換器 信號處理 傳感器 圖 硬件框圖 六、工作進度： i 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2． 對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 3. 是否同意開題： 同意 □ 不同意 指導教師： 2020 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日