太阳能跟踪系统原理

全自动太阳能跟踪系统

题目：基于沙市职业大学

论文设计

51单片机全自动太阳能跟踪

系统

姓名： 董志刚 学号： 200941033 系部： 信息工程系 专业： 电气自动化技术 班级： 电气自动化一班 指导老师：

2011年1月20号- 1 -

沙市职业大学

摘要

人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。

第一，机械部分设计：

机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈，太阳能电池板上的布局等。当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2，小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。

第二，控制部分设计：

主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光

太阳能跟踪系统设计

摘要

太阳能作为一种可以永续使用的绿色可再生能源，有着巨大的开发应用潜力。但由于光伏电池的输出特性与外界环境因素的变化有很大关系，目前大规模量产的光伏电池光电转换效率仍然不高且价格昂贵。光伏发电自动跟踪装置是提高太阳能利用率，降低光伏发电成本的有效途径。研究精确的太阳跟踪装置，可使光伏电池板接收到更多的太阳辐射能量，增加发电量。本文实现了用廉价的光敏元件和单片机电路进行太阳跟踪的功能。 分析了太阳运行规律，在对比目前常用跟踪方法的基础上，改进了以往的跟踪方式。提出将光电跟踪作为主要跟踪方式，视日运动轨迹跟踪方式作为特殊天气情况下补充跟踪方式的方案。通过两种跟踪方式互补，一方面可以充分发挥光电跟踪准确性高的优势，另一方面在阴天等天气条件下仍能实现跟踪。此外，为了确保跟踪的结果准确，在方位角和高度角调整之后，增加了一组传感器电路进行跟踪结果的验证。

通过对控制系统所实现的功能分析，论文完成了跟踪系统的硬件和软件设计。主要内容包括：单片机接口电路设计、光强检测电路设计、控制执行部件设计以及光电跟踪和视日运动轨迹跟踪模块的软件设计。完成了跟踪系统试验装置的制作。

本文所设计的光伏发电自动跟踪系统结构简单，成本低廉，运行稳定，可广泛

华北科技学院

摘 要

以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断的消耗，将越来越不适应可持续能源的发展的需要。加速开发以太阳能为主体的可再生能源以成为人们的共识。太阳能作为一种作为一种清洁能源，倍受人们重视。精确跟踪太阳，对太阳能利用率的提高是显著的，市场上急需一种高精度，高稳定性的跟踪控制器。 跟踪太阳的方式主要有光电跟踪和视日运动轨迹跟踪。光电跟踪主要控制过程是：由光敏传感器采集太阳与光伏电池板之间水平与垂直方向的位置偏差信号与光强信号，并反馈给数据处理器与控制器，经过数据的处理与放大，发出驱动信号，经过驱动电路控制步进电机的转动，经过减速机构缓慢调整角度。视日运动轨迹跟踪将太阳位置受时间、季节、所在地区经维度等因素综合考虑。 本设计采用光时互补的跟踪方法，即是以视日运动轨迹跟踪为粗调，从时钟模块读出当前时间计算出太阳的空间位置，并根据经纬度进一步计算出太阳的方位角和高度角。由单片机发出驱动信号控制步进电机转动，到达指定位置。先大致定位太阳的位置。当转到既定位置之后再采用光电跟踪方式，精确定位。这样可以互相弥补不足。为完成本设计，本文对跟踪方式进行了深入的研究，并在此基础上主要采用CDS光敏电阻，STC12C5A

全天侯太阳能自动跟踪系统的研制

摘 要 全天候太阳能自动跟踪技术的核心是太阳高度角和方位角的计算，它的大小与地球的纬度、太阳赤纬角、时角有关。太阳的赤纬角和日期有关，该日期是太阳时，通过微机对这些数据运算和实时处理，指挥伺服系统实现跟踪。由于是通过运算得到的方位角所以使太阳能转换器自始至终对准太阳，即使阴天下雨也不会受到影响。

关键词 全天候；太阳能；自动跟踪

中图分类号TK6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）52-0089-02 0 引言

太阳能取之不尽，用之不竭，是一种既经济又无污染的绿色环保能源，但是，太阳能的特点之一是“能量密度较低”，在太阳能资源最丰富的地区，也只是每平方米1kW的功率密度。根据光照度理论，I=I0*COSφ（其中I0为垂直照射的光强，φ为光线与照射面法线的夹角），太阳能接收装置采用自动跟踪后，太阳光始终垂直照射接受面，光强大幅提高，光电、光热能量转换也将大幅提升。因此，太阳能自动跟踪技术，在太阳能的开发利用中具有十分重要的作用。特别是高性能的太阳能装置，太阳能自动跟踪是不可缺少的控制系

统之一。

现有太阳能自动跟踪系统主控核心部分，普遍采用由光电传感器、运

太阳能 太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。一般用作发电或者为热水器提供能源。 太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。 什么是太阳能？它是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量。是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。 太阳能主要分为：光伏和光热。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。光伏板组件可以产生电能。它安装比较广泛，天台及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分。

光热指太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。 太阳能的基本特点： 优点

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋， 无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。

（2）无害：太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

集中集热、集中贮水、分户计量方式太阳能热水系统的规划设计原则 太阳能厂家，清华光达 吴经理 电话:13552100738

1、在规划布局时，应满足每日日照时数不少于4h的要求，集热器互不遮挡，有足够间距。 2、贮水箱的容量一般等于每日的热水使用量，有条件做储备时，容积宜设计为1.5倍的每日热水用量，贮水箱需按要求做保温，所在位置应具有相应的排水、防水措施，应留有足够的安装、检修空间，净空不宜小于600mm。贮水箱上方和周围应留有符合规范的安装检修空间，不小于600mm。

3、辅助热源可选用燃气（包括煤气、天然气、液化石油气）或电

4、贮水箱宜靠近太阳集热器，以缩小其中连接管线中的热损耗。辅助热源宜靠近贮水箱。 5、太阳能集热器设置在坡屋面上是太阳能热水系统与建筑结合的最佳方式之一。

6、太阳能集热器接收阳光的最佳角度随季节变化，全年使用系统的倾角为当地纬度，冬季为当地纬度增加10°，夏季等于当地纬度减少10°，建筑设计宜考虑的热水的使用需求，太阳能集热器的最佳倾角，结合建筑形体比例的调整，对坡屋顶破度造型的推敲等因素，综合酌情确定建筑坡屋顶的角度。一般原则是：建筑坡屋面的坡度宜等于太阳能集热器接收阳光的最佳角度，即当地纬度±10°。北京地理纬

摘要

太阳能是已知的最原始的能源，它干净、可再生、丰富，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景。但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及。太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径，从而大大提高了太阳能的利用效率。本设计采用光电跟踪的方法，利用步进电机双轴驱动，由光电传感器根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到微机处理器。微机处理器运行程序，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。采用单片机来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。 关键词： 太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机

I

Abstract

Solar energy is known as the most primitive energy, and it is clean, renewable, rich, and wide distribution and has wide prospects of use. But the solar energy utilization efficiency is low; the problem has been influe

太阳能发电系统的结构和工作原理

太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。

1 太阳能发电原理

太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

1.1 太阳能电源系统

太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

(1) 电池单元：

由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射

CNCA/CTS00**-2010

中国质量认证中心认证技术规范 CQC XXXX—2010

太阳能光伏发电系统用对日单轴

自动跟踪装置技术要求

（申请备案稿）

2010-xx-xx发布 2010-xx-xx实施 中国质量认证中心 发布

前 言

本规范主要依据GB/T1.1-2000《标准化工工作导则第1部份：标准的结构和编号规则》，GB/T1.2-2002《标准中规范性技术要素内容的确定方法》制定的。

太阳能光伏发电单轴自动跟踪装置产品，目前国家尚无标准，为确保产品质量，特制定本规范。本规范的部分参数和性能要求是根据实际测试情况制定的。

本规范为首次发布。

本规范由中国质量认证中心提出。 本规范由中国质量认证中心归口。

本规范起草单位：中国质量认证中心、宁夏银星能源股份有限公司、扬州光电产品检测中心、国家太阳能光伏产品质量监督检验中心、深圳电子产品质量检测中心、中广核太阳开发有限公司、深圳电子产品检测中心起草。

本规范主要起草人： 师桂芳 张毅 郭丰 许丰 王克勤 谢玉章 赵文 王贵录 彭路明 康巍 郭增良 。

太原理工大学

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目： 太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计 毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 要求设计能够自动跟踪太阳以调整太阳能电池板光照摄射角度的系统，以提高太阳能电池的光—电能量转化率。 1、太阳能电池板在0—180℃内自动跟踪太阳，使入射光垂直照射； 2、根据季节变化太阳能电池板可调整维度； 3、该设计的自动跟踪系统使用此太阳能电池板供电力工作； 4、使用该系统后应使用太阳能电池板提高效率≥5% ； 5、此设计系统能够长期室外运行。 第1页

毕业设计（论文）主要内容： 1、调查了解目前太阳能电池板的使用情况、测试垂直照射和不垂直照射的工作效率； 2、查阅资料，掌握MCS—51单片机、控制电机及相关电路的工作原理及应用方法； 3、按本任务书要求完成设计 第2页

毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 1、实习报告。 2、查阅资料记录。 3、毕业设计说明书（包括电路原理图）。 4、设计程序、图纸的电子文档。 第3页

主要参考文献（资料）： 1、《单片机原理》教材 2、《控制电机》教材 3、《传感器原理及检测技术》教材> 4、《模拟电子技术》教材 5、太阳能电池的有关