光伏发电自动跟踪装置系统设计.doc

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摘要:太阳能(Solar)一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。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、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。在高效的光伏电池材料没有出现之前,研制具有使用价值的自动跟踪系统,利用太阳光进行发电的光伏电池的输出特性受外界因素影响较大,要使其能够始终工作在最佳的状态,有效的利用太阳能,从而能够产生更多的电能,对光伏系统能够进控制,使其始终跟踪太阳的运动。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。

机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。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,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、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。

主要包括传感器部分、信号转换、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻,将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。当两个光敏电阻接收到的光强度不相同,通过运放比较电路将信号送给单片机,驱动步进电机正反转,实现电池板对太阳的跟踪。

 

关键词 太阳能;跟踪;光敏电阻;单片机;步进电机

 

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1课题来源-1

1.2课题背景-1

1.2.1太阳能的特点-1

1.2.2目前太阳能的开发和利用-1

1.2.3能源现状与发展-1

1.3研究的目的-2

1.4研究的意义-2

1.5光伏发电追踪系统的国内外研究现状-2

1.6本课题的研究内容-3

1.7文章结构-3

2光伏发电自动跟踪系统总体设计-4

2.1太阳运行的轨迹计算-4

2.1.1地平坐标系和极轴坐标系-4

2.1.2库伯方程-5

2.2跟踪器机械执行部分比较选择-5

2.2.1立柱转动式跟踪器-6

2.2.2陀螺仪式跟踪器-6

2.2.3齿圈转动式跟踪器-7

2.2.4本课题的机械设计方案-8

2.3跟踪方案的比较选择-8

2.3.1视日运动轨迹跟踪-8

2.3.2光电跟踪-9

2.3.3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合-11

2.3.4 本设计的跟踪方案-11

3机械设计部分-12

3.1太阳能自动跟踪系统机械设计方案-12

3.2第一齿轮传动计算-12

3.2.1材料选择-12

3.2.2尺寸计算-12

3.2.3校核计算-13

3.2.4 齿根弯曲疲劳强度验算-14

3.3第二齿轮传动计算-15

3.3.1材料选择-15

3.3.2尺寸计算-16

3.3.3校核计算-16

3.3.4 齿根弯曲疲劳强度验算-17

3.4轴瓦校核计算-19

3.4.1大轴瓦校核计算-19

3.4.2小轴瓦校核计算-21

3.5键联接计算-23

3.5.1主轴与大齿轮的键联接-23

3.5.2 小轴与齿圈的键联接-23

3.5.3 步进电机1输出轴与小齿轮1的联接-24

3.5.4 步进电机2输出轴与小齿轮2的联接-24

3.6抗风性分析-24

3.6.1底座上螺钉校核-24

3.6.2轴校核-25

4自动跟踪系统设计-26

4.1系统总体结构设计-26

4.2光电转换器-26

4.2.1光电转换电路-27

4.3单片机及其外围电路-27

4.3.1 AT89C51单片机-27

4.3.2外围电路-28

4.4步进电动机及驱动电路-29

4.4.1步进电动机介绍-29

4.4.2步进电机的主要特性-30

4.4.3步进电机的选择-30

4.4.4驱动电路-31

4.5系统的实现-33

4.5.1光敏电阻光强比较法-33

4.5.2光敏电阻光强比较法的工作过程-34

4.5.3系统的流程图-34

5结论-36

5.1结论-36

5.2展望-37

致谢-37

参考文献-38

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