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1、摘要太阳能(Solar Energy), 一般是指太阳光的辐射能量。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存。随着地球上有限能源被不断的开采，当今世界面 临的最大问题之一就是能源危机。石油能源，碳能源，海洋能源等各种有限能源 在不断减少，同时也带来了相应的环境污染。要解决这些问题的必然之路就是开 发和利用新型无污染能源。然而目前太阳能光伏电站效率低，发电成本高，直接 制约光伏发电产业的大规模推广，提高太阳能光伏电站效率已成为光伏发电产业 的基本要求。本设计针对如何提高太阳能发电效率的问题，提出了采用自动跟踪的方法， 让自动跟踪系统对太阳的运动轨迹作出实时判断，从而使太阳能电池板实时和太 阳光
2、线保持垂直，提高太阳能发电的效率。跟踪太阳的方法可以概括为两种方式，光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。 前者是闭环的随机系统, 后者是开环的程控系统。同时对两种太阳跟踪方式进行 理论分析。本课题设计的自动跟踪式太阳能光伏发电系统，实现了对太阳的自动跟踪， 使太阳能电池板基本对准太阳垂直入射的方向，并实现了连续稳定的电能输出， 保证用电负载的正常工作。关键词： 光伏发电 自动跟踪 发电效率 太阳能AbstractSolar Energy generally refers to the solar radiation energy. In the modern commonly used for p
3、ower generation. Since the formation of the earth organism mainly to light and heat provided by the sun live. As the earth limited energy by continuous mining. One of the biggest problems facing the world today is that the energy crisis. Petroleum energy, carbon energy, ocean energy and other finite
4、 energy is reducing unceasingly, also brought the environmental pollution. To solve these problems is the way of the development and utilization of new energy without pollution. However, solar PV power station low efficiency, higher cost, directly restricts the photovoltaic industry, large-scale pro
5、motion, improve the efficiency of solar photovoltaic power station has become the basic requirements of photovoltaic industry.The design is aimed at how to improve the efficiency of solar power generation problem, puts forward the method of automatic tracking, automatic tracking system to the sun to
6、 make real-time judgments of the motion trajectory, thus making the solar panels in real time and sunlight perpendicular, improve the efficiency of solar power.Sun tracking method can be summarized into two ways, photoelectric tracking and trajectory tracking based on visual day. The former is the c
7、losed loop of stochastic systems. The latter is an open loop control system. At the same time to two kinds of solar tracking mode in theory analysis.This topic is to design the automatic tracking solar photovoltaic power generation system, to achieve automatic tracking sun, so that the solar panel i
8、s substantially aligned perpendicular to the sun incident direction, and realize continuous and stable power output, to ensure the normal work of electric power load.Key words: solar photovoltaic generation automatic tracking the efficiency of power generation solar energy目录摘 要IAbstract II1 绪论 11.1
9、太阳能光伏发电的介绍 11.2 太阳能发展的现状 21.3 太阳能自动跟踪技术的研究概况 31.4 本文研究的内容及课题研究的意义 32 光伏发电介绍 52.1 光伏发电 52.2 光伏效应 52.3 光伏电池市场竞争态势 62.4 光伏电池的分类 63 太阳能自动跟踪系统理论 83.1 常用的太阳跟踪方式 83.2 自动跟踪系统的设计原则 103.3 最大功率跟踪技术 113.4 最大功率的跟踪方法 114 自动跟踪系统的设计与实现 144.1独立太阳能光伏发电系统的结构 144.2 跟踪控制系统总体设计 154.3 嵌入式操作系统的选择 165 自动跟踪的软硬件设计185.1硬件整体设计
10、185.2 微处理单元 185.3 光跟踪单元 215.4 传感器单元 235.5 控制单元 265.6 MPPT 电路设计295.7 跟踪控制系统程序设计 326 结论与展望 35致 谢 错误！未定义书签。参考文献 36附 录381 绪论1.1 太阳能光伏发电的介绍太阳能的热能利用和光能利用是其两个最重要的应用领域，之所以特别引人 注目， 是由太阳能的特殊性所决定的。太阳能具有储量巨大，不会枯萎，清洁 能源，不受地域限制的特点。太阳能的光能利用在近年里应用最为广泛，改善着 人们的生活。太阳能到达地球的能量，每40秒钟相当于210亿桶石油的能量。我 国在光照资源丰富的西北地区的荒漠面积达108
11、万平方公里。如果每平方公里面 积可安装100兆瓦光伏阵列，每年可发电1.5亿度；如果开发利用1的荒漠，就 可以发出相当于我国2003年全年的耗电量。目前，在我国的北方、沿海等很多地 区，每年的日照量都在2000小时以上，海南更是达到了2400小时以上，是名副其 实的太阳能资源大国。所谓光伏发电，就是指以太阳能电池为媒介，将太阳光直接转化为电能的过 程。太阳能电池产生的直流电，能直接被应用，也能通过逆变器将直流电转换为 交流电，加以应用。光伏发电系统可以分为独立型光伏发电和并网型光伏发电两 种，其依据为是否与电网相连接。独立型光伏发电一般建在远离电网的较远地区 或者用作移动式电源，来解决无电问题
12、；并网型光伏发电与常规电网连接，直接 将发出的电能输送到当地电力网络上。太阳能发电发展史：太阳能发电发展史如表1-1所示。太阳能发电的历史可 以追溯到1800年，伯克莱氏发现对某种半导体材料照射光后，会引起其伏安特性 改变。最终，发现了光伏效应，并以此半导体制成光伏电池。近二十年来，由于国内的电力电子技术发展起来，对光伏技术的研究和应用 也有很大的促进。地面的光伏技术发展势头强劲。现在，许多技术人员正在着力 研究、解决太阳能电池的高效、廉价、稳定、大容量等问题。光伏技术的应用和 发展在中国具有很大的潜在市场。表1-1太阳能发电发展史年份成就黎明期功率等级W（kw）1800-19741954年发
13、明单晶硅电池，1958年美国卫星上应用光 伏电池电力应用期功率等级MW1976-20032005光伏电池年产量100万千瓦（1GW）,相当于一个核 电站的发电量梦想期功率等级1GW以上2010-2050普及智能电网新概念光伏电池（纳米级）研制 国际级光伏直流电网 高压超导直流输电宇宙光伏电站沙漠光伏电站1.2 太阳能发展的现状目前在国内外太阳能发电的应用正在快速增长，特别在一些比较偏僻的地区 太阳能相比较容易得到，跟其他地方相比较。这些地区的基本电力都可通过太阳 能发电产生。在乡村，太阳能的利用能提高工作效率，降低生产成本，例如太阳 能养殖棚、太阳能水泵自动灌溉系统等。在城市，可在屋顶和建筑物
14、外墙敷设太 阳能发电装置，电梯用电、建筑物照明或者回馈电网都是通过发电装置来提供电 量，从而能很大地节约了有限能源。为了保护环境减少污染，随着太阳能技术的 不断发展完善，现在燃料汽车将会逐步被无污染的太阳能电力汽车取替。在太空 航空科技领域中，太阳能光伏发电技术一直扮演重要的角色。从太阳能发展现状可见，在未来太阳能的利用将持续高速的增长，逐渐成为 人类世界发展中最为重要的能源。在能源危机和环境污染严重问题形势下，太阳 能技术的研究和发展解决这些问题的一个重要突破口，我国是人口众多，人均资 源少的国家，太阳能的利用发展将是我国今后能源发展重中之重。但是现在太阳能的发电还存在某些问题。太阳能的利用
15、还是比较低的，没有 达到可观的利用率。太阳能发存储电量的容量太小，太阳能利用率比较低在已经 投入使用的太阳能发电系统中。如何解决目前这个问题必须从提高太阳能的接收 效率这个方面入手。据报道“环保社会，绿源”（ERG）项目一一政府投资的欧洲 多国/多学科研究项目的合作方近日公布了相关细节。这个为期三年的ENIAC联盟 项目的计划旨在让太阳能产业链无论是可持续性能源收集还是智能电网都取得 实质性发展，发展目标包括把太阳能效率提高25%，功率转换损耗降低20%。由此 可见不仅我国，各个国家都很重视太阳能的高效利用。可见提高太阳能利用率的 重要性。1.3 太阳能自动跟踪技术的研究概况在太阳能跟踪方面，
16、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。在1998 年 的时候，美国加州研究了两轴跟踪器，把集中阳光的透镜装在太阳能面板上，这 样能收集到比较多的能量，提高了它的效率。 2002年亚利桑那大学发表了较新的 太阳能自动跟踪装置系统，这个装置是利用控制电机来完成跟踪的，用铝型材框 架结构，有紧凑的结构，有较轻的重量，跟踪器的应用领域被拓宽了。在国内在 这方面这几年也有很多专家也相继进行了研究，在1992年时太阳灶自动跟踪系统 也随后被推出，1994年依据单轴液压自动跟踪器，从而研究出来了单向跟踪。2006 年保加利亚首先供应电机驱动单轴跟踪器
