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1、 本科毕业设计论文题目：太阳能光伏发电光源跟踪控制系统硬件部分院 系： 电子信息工程学院 专 业: 自 动 化 太阳能光伏发电光源跟踪控制系统 硬件部分摘要太阳能是一种非常具有开发潜力的能源，世界各国都在积极开发利用太阳能。我国太阳能的利用，在近十年发展得非常迅速，但是我国的太阳能利用技术还比较落后，且太阳能利用的局限性很大。为了进一步扩大太阳能的利用范围，提高太阳能的利用率，本文开发了一套太阳跟踪与驱动系统，该系统能够使太阳能利用装置时刻保持与太阳光线垂直，其结构简单、成本低廉且跟踪精度高，可用于太阳灶、太阳能热水器等各种太阳能装置上，具有一定的实用价值。设计的太阳跟踪与驱动控制系统主要由三
2、大部分构成：传感器、控制器、机械跟踪平台。传感器由独立的四片光电池组成，用于大范围跟踪太阳，控制器硬件以单片机STC12C5A60S2为核心，完成了控制器的硬件电路设计和制作，系统的硬件电路包括，模拟输入电路，电机驱动电路，电源电路等。关键词:太阳跟踪，传感器，控制器，跟踪平台Solar photovoltaic energy sources tracking control system The hardware partAbstractSolar energy is a kind of energy with great potential development,and many cou
3、ntries is trying to utilize it.The use of solar energy is developed very fast in our country in recent ten years.But the technology of utilizing solar energy is still relatively backward,and the application of solar energy is restricted by many factors.To widen the use of solar energy and increase t
4、he utilization of solar energy,the solar energy traking and driving system is designed in this paper.The system can guarantee that the deviceice of utilizing solar energy is vertical to sun streams,and it has simple structure, low cost and high tracking precision.The system can be used in many kinds
5、 of solar installations such as solar cooker and solar water heater,and it has certain practical value.In the paper,the designed solar tracking and drive control system are mainly composed of three major components:sensors,controllers and mechanical tracking platform.The sensor is mainly composed of
6、 four photocell which could achieve large-scale tracking the sun.STC12C5A60S2 is used as the core in the controller.Hardware circuit design and production are accomplished.The system hardware circuits are composed of analog input circuit,the motor drive circuit,power circuit and so on.Keywords:Solar
7、 tracking,sensor, controller,tracking platform1 绪论11.1课题背景11.1.1发展太阳能的背景11.1.2太阳能的特点31.1.3太阳能利用基本方式41.1.4我国太阳能资源及利用情况41.1.5国外太阳能利用现状51.2课题意义61.3国内外研究现状71.4跟踪方式的比较81.4.1视日运动轨迹跟踪81.4.2光电跟踪81.4.3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合81.5太阳运动规律91.5.1太阳与地球的位置关系91.5.2相关角度的计算101.6设计要求122.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。122.1 主要内容12
8、2.2 研究方法122.3系统工作原理133 太阳跟踪控制系统的硬件设计153.1硬件总体设计方案153.2 信号采集电路153.3 通信电路163.4 键盘电路173.5 显示电路173.6 电源电路183.7 光电隔离电路193.8 单片机194 结论21致谢22参考文献231 绪论1.1课题背景1.1.1发展太阳能的背景能源是人类生存发展必须具有的基本资源。从古至今人类获得能源的途径，可分为地上能源、地下能源与天上能源等三个层面或者说成是三个阶段。地上能源主要是植物能源(柴、草)，还有水能、风能等，在人类农业经济社会阶段主要是植物能时代，或称地上能时代。到了现代工业经济社会阶段，主要是煤
9、石能源(煤炭、石油、还有天然气、地热能等)，可称为煤石能时代，或地下能时代。随着世界经济的发展进入21世纪以来，各国对能源的消耗以日俱增。能源短缺已成为人类社会面临的一个非常重大的挑战，作为世界主要能源的石油，其价格居高不下，前期每桶原油最高单价已突破100美元。虽然人类的科学技术正在高速发展，但面对石油这些不可再生性的资源，必须在其耗尽之前寻找到替代能源，否则未来世界将会因此不断爆发能源危机。资料表明，按照现在已经探明的储量及开采速度，到21世纪80年代，石油、天然气资源将枯竭。到22世纪20年代，煤资源也将被耗尽。即使是以铀为燃料的核电抛开价格、政治、发生危险泄露的因素不谈，也存在资源短缺
10、的间题，已探明储量的铀矿资源也将在2030年前开采完。从我国的能源利用状况来看，自上世纪70年代初开始，我国已经经历了三次大的能源危机：1970-1984年间持续的能源供应紧张局面使全国约25%的企业开工不足；1988年再次出现类似情况，农业用电缺口超过60%，推动煤炭价格在当年涨幅达到87%，成为1989年以后小煤窑遍地开花的驱动力；2000年以来伴随着国际能源危机的逐步加深，我国能源供应紧张，主要常规能源的价格涨幅已达103%，大量进口石油引起国际社会的严重关切，能源已成为国家安全的重要影响因素。资料表明，作为世界上最大的发展中国家，我国目前能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第3位；基本
11、能源消费占世界总消费量的10.4%，仅次于美国，居世界第2位，可见我国已经成为一个能源生产和消费大国。2005年一次能源消费量为15.4亿吨油当量，到本世纪中叶我国全面达到小康水平时，一次能源的消费量将达到30多亿吨油当量。然而2005年，世界人均一次能源消费量为1.65吨油当量，日本、美国分别为4.13吨和7.97吨油当量，而中国仅为1.18吨油当量，约为世界平均水平的3/4、日本的1/4、美国的1/7。预计到2010年，我国石油供需缺口1亿吨，天然气缺口400亿立方米。而且，随着中国的工业化和城市化进程，在基础设施建设和民用建筑阶段，能源需求量特别大，目前能源消费总量已经接近欧盟15国的总
12、量。值得注意的是，过去二十多年来，我国汽车保有量以年均2%的速度迅速增加，亚太能源研究中心的预测，2020年我国交通部门的用能比例将增长到16%。与此同时，能源资源相对短缺又制约了我国能源产业的发展，能源技术相对落后影响了能源供给能力的提高。目前，国内的能源生产已经远远不能满足高速经济增长，能源进口量持续增加，能源对外依存度在7%左右，其中石油对外依存度在43%左右。有专家预测，到2020年前后，中国有可能成为世界第一大油品进口国。就我国实际情况来看，我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。我国大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时
13、。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其它国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。近20年来，中国光伏产业长期维持在全球市场1%左右的份额。2003、2004年中国太阳电池组件的生产量有了大幅度增长，2003年达1.2万千瓦，约占世界份额的2.2%，2004年达3.5万千瓦，约占3%。为解决我国的能源短缺问题，太阳能发电将在中国未来的电力供应中扮演重要的角色。国务院参事、中国可再生能源协会理事长石定寰在上海召开的“第二届中欧国际太阳能光伏产业发展论坛”上预计，2010年中国太阳能光伏发电装机容量达1GW，2015年预计达5GW，2O2O年达20GW。而2005年，全
14、国太阳能发电装机容量仅为6.5MWp，这就意味着在未来的几年内，中国太阳能装机容量的复合增长率将会高达38%以上。根据电力科学院的预测，到2050年中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25%，其中光伏发电占到5%。国内太阳能电池产业主要应用在通信和工业领域(约占36%)、农村和边远地区领域(约占51%)、光伏并网发电系统(约占4%)以及太阳能商品及其它(约占9%)。由此可见，面对日益严重的能源危机，根本出路在于尽快从采用煤石能转而采用太阳能，即从地下能时代转向天上能时代，或称太阳能时代。太阳能比起煤石能具有众多优点，具有不断再生性，能源分布范围广泛，安全，无污染，可谓取之不尽，用之不竭，能
15、够全面保护自然平衡与气候温度平衡，便于开发与使用等。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.61012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。因此，太阳能等可再生能源产业的技术进步及世界各国政府支持已使可再生能源行业爆发式发展。根据欧洲、日本等能源机构预测，2020年，光伏发电将占到全球发电量的1，2040年将占到全球发电量的21，2050年左右，太阳能将成为全球主力替代能源。1.1.2太阳能的特点能源是人类赖以生存和发展的物质基础。几十年来，能源问题一直是举世瞩目的重大问题之一。目前世界消耗的主要能源是由吸收太阳能的植物经亿万年的演化积累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然气等，这些都属于不可再生资源。据权威人士估计，世界上已经探明的石油储量仅可开采40多年；天然气可开采70年左右；煤的储量较丰富，可开采200年。地球上的资源是有限的，矿物质燃料在数量上也是有限的并以不断增长的速度在消耗。能源短缺，矿物燃料减少和污染增加，彼此
