太阳能追光系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着科学技术的发展和人们对于能源危机意识越来越清晰，太阳能的能源作为一种持续能源已经被科学界所使用，而我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ/cm2a，中值为586kJ/cm2a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。而太阳能的利用已经成为现实，如太阳能轿车、太阳能电池板、太阳能电池组、太阳能热水器等，鉴于此本课题设计一款太阳能追踪系统，该系统可以最大角度的捕捉太阳光照的垂直线，将太阳能最大限度的被使用，发挥太阳能给生产、生活、生产带来的能源资源。

选择本课题意义显著，首先可以锻炼我的专业知识，将大学电子相关知识在课题中得到实战和历练，其次该课题研究使得人们更加有限资源，第三该课题的研究也提醒人们未来太阳能资源将会在人们生活中扮演重要的角色。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题

1.单片机的控制模块

2.感光模块的设计以及测量

3. 国内外研究现状（文献综述）

关于对太阳能追踪系统设计课题，学者研究和探究比较多，如下简要概述，学者陶涛在《太阳能板自动追光系统设计与实现》中提出，传统的矿物能源濒临枯竭,且使用过程中容易造成环境污染,在这种情况下,可再生的清洁能源的利用显得日益紧迫。太阳能具有可再生、分布地域广、使用清洁、经济效益高等优势,是理想的新能源,其开发使用是解决能源短缺、温室效应和环境污染等问题的有效途径。在传统的太阳能采集装置中,以固定接收的居多。而采用自动接收装置,可以大大提高太阳能的采集效率。本文开发了一套太阳自动追踪系统,该系统能够使得太阳能电池板始终垂直于太阳光线,最大限度的采集太阳能。在保证成本低廉、结构简单的前提下,实现了较高的跟踪精度。作者所研究的太阳能板自动追光系统以单片机pic16f877为控制核心,通过rs485总线与上位机相连,实现了集中控制。系统采用的追踪策略是以视日运动轨迹追踪为基础,采用倾角传感器进行误差校正,保证了系统的精确性和稳定性。单片机控制电机转动,使得太阳能电池板跟踪太阳,并同时检测充电电路和供电电路的工作状态,当出现异常时及时断开电路。倾角传感器提供太阳能电池板的方位角和倾仰角,反馈给系统进行位置校正。上位机事先计算出太阳在预定时刻的方位,通过rs485总线传送给单片机,负责在上下位机之间的通讯控制,并显示出各个太阳能控制节点的工作状态。软件部分采用模块化设计思想,利用c语言编程实现。最后的软硬件联合调试表明,系统能够实现自动、精确的跟踪太阳,满足了集中控制的要求,达到了设计的目的；沈洁、丁玮、于玲、李娜在《基于plc的太阳能追光系统的设计》提出基于ic200udr040-cc通用plc,设计了太阳能追光系统。该系统采用实时控制方法准确追踪太阳位置,并进行同步跟踪,以保证获得最大效率的太阳能。同时,采用kingview 6.52实现系统的实时监控,实验表明,装置工作稳定、实时性好,能够正确完成对太阳跟踪；梁迪在《gps在太阳能追光系统中的应用》中提出，随着经济的发展和社会的进步,人类对能源消耗的速度越来越快。为了节约能源、实现整个人类社会的可持续发展,寻找新能源成为当前人类面临的迫切问题之一。太阳能作为一种清洁无污染的能源,具有取之不尽、用之不竭的特点。我国太阳能资源十分丰富,但利用的还不够充分,这主要是由于目前多数太阳能电池板都是固定的,而太阳能资源又存在着光照的间歇性、空间分布不断变化等特点,这就导致了太阳能的转换效率偏低。所以寻找一种受自然界天气影响较小的跟踪模式是十分必要的。本文正是在对跟踪技术各环节进行深入研究的基础上,基于提高太阳能的转换效率并结合gps的特性,设计了一种智能追光系统。本文的内容主要包括以下几个方面:1.分析了太阳能资源的利用现状以及当前对太阳跟踪的主要方式,选择了系统的跟踪方式。2.介绍了gps的组成、导航定位方式,分析了gps的导航定位原理,建立了太阳地球相对运动的数学模型,设计了计算太阳相对位置的算法,在此基础上提出了系统的总体设计方案。3.对系统的软硬件进行了设计。硬件设计包括gps模块、控制模块、存储模块、机械模块、显示模块等;对gps模块通讯协议以及配置指令进行了研究,提出了对gps获取的卫星数据进行筛选的算法。4.最后对系统各环节可能产生的误差进行了详细的阐述与分析,并提出了一些可能的解决方法和应对措施。实验结果表明:该系统运行稳定,太阳能电池板能始终与太阳光的入射方向垂直,在有限的使用面积内截获更多的投入辐射,提高了太阳能的利用效率,体现了gps跟踪技术在实时性和精确性方面的优势,且性价比高,装置简单,易于实现。

故，太阳能作为一种可持续能源，已经被很多学者采纳到科学技术运用中来，鉴于以上学者研究成果之点醒，笔者将采用单片机技术作为核心控制器，以感光模块的作为捕捉光照角度，以及测量电机的选择以及控制精度。