1、常州信息职业技术学院毕 业 设 计毕业设计题目： 太阳能跟踪系统设计与安装 所在系 （部）： 电子与电气工程学院 专 业 及班级： 微电 104 班 完 成 日 期： 2012/12/2 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书专业 微电子技术（光伏技术与应用） 班级 104 班 姓名 王文明 实践单位名称：伟创晶光电设备有限公司 实践岗位名称： 技术员 岗位职责: 岗位能力要求: 一、课题名称: 二、主要技术指标（或基本要求）三、主要工作内容：四、主要参考文献：(1)、李建庚，吕文华，晓雷等一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计J太阳能学报，2003，24(03) ：330-333(2)、
2、余海太阳能利用综述及提高其利用率的途径J能源研究与利用，2004，(03)：2-7(3)、张顺心，宋开峰，范顺成等。基于并联球面机构的太阳跟踪装置研究J河北工业大学学报，2003，32(6) ：44-47学 生 （签名） 年 月 日指导 教师 （签名） 年 月 日教研室主任 (签名) 年 月 日系 主 任 (签名) 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 太阳能跟踪系统设计与安装一、课题研究的目的与意义 目的：实现跟踪系统设计安装，提高太阳能的利用率。意义：太阳能是已知的最原始能源，干净、可再生、丰富，而且分布广泛，具有非常广阔的前景，提高太阳能的利用率，能使太用能技术得到普及。二
3、、课题研究的主要内容 (1)、从硬件和软件方面分析和设计太阳能跟踪系统的设计。(2)、太阳能跟踪系统的安装。三、主要研究（方法）论述： （1） 、收集资料学习并了解自动控制器的工作原理、各模块要实现的功能和要求（2） 、按照功能模块进行具体电路设计，确定元器件型号和参数，完成整个跟踪系统设计安装。四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期） 工 作 内 容三、指导教师意见：指导老师签名： 年 月 日四、系部意见：系主任签名： 年 月 日常州信息职业技术学院 第 1 页作者：王文明 摘要人类正面临者石油和煤炭等矿物质燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有无限、普遍存在、利用清洁、使用经济
4、等优点。但是太阳能又存在着密度、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。本论文主要对太阳能跟踪系统进行了机械化设计和太阳光自动跟踪系统控制部分设计。在环保意识抬头的今日，积极开发低污染及低危险性能源乃为迫切的需要。而太阳能是一种免费、无污染且又取之不尽、用之不竭，是一种可以利用来发电的一种相当好的能源。而目前的太阳能发电效率普遍都不高，所以如何提高太阳能发电系统的发电效率是值得研究的。【 关 键 字 】 太阳能 光电池 跟踪 传感器 AbstractHumanity is facing a seriou
5、s threart by oil and coal and other minerals fuel depletion , as a new type of solar energy has unlimited , widespread use of clean , economic and other advertages . But solar energy density , intermittent , and the spatial distribution of the shortcomings of the ever-changing , which makes the curr
6、ent series of solar energy equipment for solar energy utilization is not high . The suns rays , automatic tracking device to solve the problem of solar energy utilization is not high . In this thesis , the solar tracking system mechanized design and sun tracking system control part of the design . A
7、ctively develop low-pullution and low=risk energy is an urgent in todays environmental consciousness . Solar energy is free , non-polluting and because inexhaustible . inexhaustible . one can take advantage of a very good energy to generate electricity . The solar power generation efficiency is gene
8、rally not high , so how to improve the power generation efficiency of the solar power system is worth studying . 【Keyword】solar battery tracking sensor常州信息职业技术学院 第 2 页作者：王文明 目录摘要 .1目录 .2第一章 太阳能跟踪系统综述 .41.1 太阳能跟踪系统的工作状态 .51.2 太阳能跟踪系统的主要应用领域 .61.3 太阳能跟踪系统分类 .61.4 太阳能跟踪系统的研究意义 .71.6 提高太阳能的利用率 .8第二章 系统总
9、体设计方案 .82.1 太阳运行的规律 .82.2 太阳能跟踪控制方法的比较 .92.2.1 视日运动轨迹跟踪 .92.2.2 光电跟踪 .92.2.3 视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合 .92.3 本设计的跟踪方案 .102.4 本设计的研究内容 .11第三章太阳能自动跟踪系统 软件部分的设计 .123.1 主程序设计模块 .133.1.1 主程序模块实现的功能 .13常州信息职业技术学院 第 3 页作者：王文明 3.1.2 程序设计思想或说明 .133.1.3 主程序模块关键程序代码 .143.2. 光强检测模块 .153.2.1 光敏电阻光强比较法 .153.2.2 程序设计思想及说明
10、.163.2.3 光强检测模块关键程序代码 .173.3 太阳能板二维角度调整模块 .183.3.1 电机水平转动控制部分 .183.3.2 程序设计思想或说明 .183.3.3 部分程序说明及电机水平转动控制部分流程图 .183.4 电机驱动模块 .193.4.1 电机类型选择 .193.4.2 步进电机的正反转动控制时序 .203.4.3 部分驱动程序说明 .20P1OUT=F_Rotationw;.203.4.4 电机驱动部分实现的功能 .213.4.5 程序设计思想及说明 .213.4.6 垂直电机控制部分关键代码 .223.5 时钟模块 .233.5.1 DS1302 时钟模块的功能
11、 .233.5.2 程序设计思想 .233.5.1 部分程序说明及流程图 .23常州信息职业技术学院 第 4 页作者：王文明 unsigned char Read_Ds1302 ( unsigned char address ) .233.6.系统显示模块 .253.6.1 LCD1602 液晶显示器各种图形的显示原理 .253.6.2 该模块程序设计思想或说明 .263.6.3 部分程序的分析说明及模块流程图 .26void LcdWriteCommand(uchar cmd,uchar chk).263.7 报警系统模块 .283.7.1 该模块程序实现的功能 .283.7.2 程序设计思
12、想及说明 .293.7.3 部分程序说明及流程图 .29结 论 .30致 谢 .31参 考 文 献 .32附录 A 系统原理图 .33附录 B 部分程序清单 .34第一章 太阳能跟踪系统综述太阳能跟踪系统是光热和光伏发电过程中，最优化太阳光使用，达到提高光电转换效率的机械及电控单元系统，包括：电机（直流、步进、伺服、行星减速电机、推杆电机等） 、涡轮蜗杆、传感器系统等等。 在太阳能光伏应用方面：保持太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，采用太阳能跟踪系统能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。 常州信息职业技术学院 第 5 页作者：王文明 由于地球的自转，相对
13、于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到 PLC、单片机或电脑软件中，都要靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新计算参数、设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。河北某太阳能光伏发电
14、企业独家研发出了具有世界领先水平、不用计算各地太阳位置数据、无软件、不怕阴天、雷雨、多云等各种恶劣天气、已经预设系统设备保护程序、防尘效果好、抗风能力强、简单易用、成本低廉、可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的智能太阳能跟踪系统。该太阳能跟踪系统在该公司第一代跟踪仪的技术基础上，综合各地各种环境下的使用情况，对太阳能跟踪系统进行了全面的升级和改进，使该太阳能跟踪系统成为全天候、全功能、超节能、智能型太阳能跟踪系统。该太阳能跟踪系统具有常态（好天气情况）下的对日跟踪状态和恶劣气候条件下的系统自我保护装态以及从自我保护状态自动快速转为常态对日跟踪三种情形。增加了 GPS 定位系统，该太阳能跟踪系统
15、是国内首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪，具有国际领先水平，能够不受地域、天气状况和外部条件的限制，可以在-50至70环境温度范围内正常使用；跟踪精度可以达到0.001，最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。该太阳能跟踪系统可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方，该太阳能跟踪系统价格实惠、性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。把加装了太阳能跟踪系统的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，该太阳能跟踪系统都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳！1.1 太阳能跟踪系
16、统的工作状态该太阳能跟踪系统的工作状态有四种： 1. 常态（好天气情况）下的对日跟踪状态； 2. 间歇式跟踪。如一天当中有一段时间为多云或阴天或恶劣天气时，该系统将甄别为不适宜跟踪，整个系统便处于暂停状态。待光线和跟踪条件适宜时，系统会有一个快速跟常州信息职业技术学院 第 6 页作者：王文明 踪指令，使跟踪仪大致对准太阳。之后，程序会进行另一组信号采集处理，完成精细跟踪； 3. 自动回位。日落后，系统会自动进入休眠状态，并自动回归到太阳升起的方位。第二天再自动进入新一轮的运转。 4. 恶劣天气状态的保护：当环境风速或降水等因素不适宜系统工作时，跟踪仪会自动停止工作，并使整个大系统的受光面与地平
17、面成平行状态或垂直状态，以避免系统遭到破坏。1.2 太阳能跟踪系统的主要应用领域该太阳能跟踪系统的主要应用领域： （1）光伏领域的平板光伏发电和 500 倍以下的 CPV 系统； （2）光热领域的抛物面跟踪（如太阳灶、高温太阳能采暖、太阳能热化工等） ； （3）太阳能槽式集热； （4）太阳能塔式热电等。1.3 太阳能跟踪系统分类光伏系统跟踪方式的分类：光伏系统跟踪方式分为固定式、单轴跟踪和双轴跟踪。固定式聚光器通常采用线聚光方式，纵轴沿南北向放置。单轴跟踪主要用在槽式反射镜面系统中，也可用在低倍聚光时的透镜系统。在二级聚光器的辅助作用下，单轴聚光器也可以达到较高的聚光率。对于使用透镜或盘式反射
18、镜，并且聚光率超过 60 倍的系统，需要使用双轴跟踪。目前所建的聚光光伏系统多数为双轴跟踪。主要单轴跟踪的分类：水平轴跟踪-改变倾角垂直轴跟踪-改变方向角极轴跟踪-同时改变倾角和方向角1.4 太阳能跟踪系统的研究意义长期以来，世界能源主要依靠石油和煤炭等矿物燃料，而这些矿物作为一次性不可再生常州信息职业技术学院 第 7 页作者：王文明 资源，储量有限，而且燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地球气温升高，生态环境恶化。据国际能源机构预测，人类正面临矿物燃料枯竭的严重威胁。这种全球性的能源危机，迫使各国政府投入大量的人力和财力，研究和开发新能源，如太阳能等。能源危机，环境保护成为当今世界关注的热点问题
19、。据联合国环境规划署资料，目前矿物燃料提供了世界商业能源的 95%，且其使用在世界范围内以每 10 年 20%的速度增长。这些燃料的燃烧构成改变气候的温室气体的最大排放源，按照可持续发展的目标模式，决不能单靠消耗矿物原料来维持日益增长的能源需求。因此越来越多的国家都在致力于对可再生能源的深度开发和广泛利用。其中具有独特优势的太阳能开发前景广阔。日本经济企划厅和三泽公司合作研究认为，到 2030 年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的严重问题，本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率，而进行太阳追踪系统的开发
20、研究，这对我们面临的能源问题有重大的意义。同时太阳能又是一种无污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。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。作为能源消耗大国，如何提高对太阳能利用率是解决能源危机的可行方法之一。设计一个对太阳实现全天候跟踪系统，是提高太阳能利用率根本方法。科技以人为本，是为人类服务的，本人设计的太阳能全天候跟踪系统充分的体现了该特点，体现出人类与环境的和平相处，解决能源危机，造福于人类和社会，所以太阳能全天候跟踪系统是值得研究和实际运用的。本课题的研究成功，对创建能源节约型，环境友好型社会具有较
21、大的意义，也有较好的市场发展前景。1.5 太阳追踪系统的国内外研究现状在太阳能跟踪方面，我国在 1997 年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接收效率提高了。1998 年美国加州成功的研究了 ATM 两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。2002 年 2 月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，1992 年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994 年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，
