毕业设计太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计.doc

1、毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：要求设计能够自动跟踪太阳以调整太阳能电池板光照摄射角度的系统，以提高太阳能电池的光电能量转化率。1、太阳能电池板在 0180内自动跟踪太阳，使入射光垂直照射；2、根据季节变化太阳能电池板可调整维度；3、该设计的自动跟踪系统使用此太阳能电池板供电力工作；4、使用该系统后应使用太阳能电池板提高效率5% ；5、此设计系统能够长期室外运行。第 1 页毕业设计（论文）主要内容：1、调查了解目前太阳能电池板的使用情况、测试垂直照射和不垂直照射的工作效率；2、查阅资料，掌握 MCS51 单片机

2、、控制电机及相关电路的工作原理及应用方法；3、按本任务书要求完成设计第 2 页毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：1、实习报告。2、查阅资料记录。3、毕业设计说明书（包括电路原理图） 。4、设计程序、图纸的电子文档。第 3 页主要参考文献（资料）：1、 单片机原理教材2、 控制电机教材3、 传感器原理及检测技术教材4、 模拟电子技术教材5、太阳能电池的有关资料（自己检索）6、相关的地理、天文资料（自己检索）专业班级 自动化 2005 级 05 班 学生要求设计(论文)工作起止日期 2009 年 2 月 16 日2009 年 6 月 20 日指导教师签字 日期教研室主任审查签字 日期系主任批

3、准签字 日期第 4 页I目 录摘要 .- 1 -一、概述 .- 3 -（一）能源与环保 .- 3 -1.能源短缺 .- 3 -2.环境污染 .- 3 -3.温室效应 .- 3 -（二）太阳能的特点 .- 4 -（三）国内外太阳能应用的现状 .- 5 -（四）几种主要的太阳能发电装置 .- 6 -1.塔式太阳能发电系统 .- 6 -2.聚光光伏发电系统 .- 7 -3.碟式太阳能发电系统 .- 8 -（五）太阳能跟踪技术现状 .- 10 -（八）本章小结 .- 22 -二、跟踪系统的设计构想及框架 .- 23 -（一）跟踪系统的设计要求 .- 23 -（二）跟踪系统的组成 .- 23 -1.太阳

4、能采集装置 .- 24 -2.转向机构 .- 24 -3.控制部分 .- 25 -4.贮能装置 .- 25 -5.逆变器 .- 25 -6.控制器 .- 26 -（三） 太阳照射规律 .- 26 -1.地球围绕太阳的运行规律 .- 26 -2.太阳高度角和方位角的确定 .- 27 -（三）本章小结 .- 30 -三、机械部分的设计 .- 31 -（一）整体框架的设计 .- 31 -（二）减速装置的选型 .- 32 -（三）驱动电机的选型 .- 33 -（四）本章小结 .- 34 -四、控制部分的设计 .- 36 -（一）控制器 .- 36 -1.匹配系统 .- 36 -2.并联调节器 .- 3

5、8 -3.串联调节器 .- 39 -（二）单片机的选型 .- 40 -1.结构框图: .- 40 -2.AT89C51 的引脚 .- 41 -（三）计时芯片的选型 .- 45 -II（四）步进电机驱动芯片的选型 .- 47 -（五）整体电路图的设计 .- 50 -（六）本章小结 .- 50 -五 程序部分的设计 .- 51 -（一）流程图设计 .- 51 -（二）程序设计 .- 53 -（三）本章小结 .- 57 -结论与展望 .- 58 -参考文献 .- 59 -致谢 .- 60 -外文文献 .- 61 -（一）原文 .- 61 -（二）翻译 .- 66 - 1 -摘要随着以常规能源为基础的

6、能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要，包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。利用洁净的太阳光能，以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有这十分广阔的应用前景。本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。该系统是以单片机为核心，利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算，并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统，使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线，从而提高太阳能的吸收效率。目前本设计仅通过简单的计算公式得到的数据，对东西向进行每小时一次的角度改变，南北向进行每天一次的角度改变，再通过单片机的判断进行每晚的东西

7、向回归控制以及每半年的南北向跟踪方向的改变控制。由于时间及作者目前的知识限制，跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪，有较大误差，今后如有机会再进行改进。关键字：太阳能电池 太阳照射角 自动跟踪 单片机 步进电机- 2 -Abstract With the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgy-based energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-

8、up the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect.In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. Th

9、e system is based on single-chip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of s

10、olar energy. At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as e

11、very haif a year to track the direction of the north-south change in control. Because of the time and the current limitations of the knowledge of the authors , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in

12、the future.Keywords: solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor- 3 -一、概述（一）能源与环保随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，但是与此同时人类社会的负担和责任也随之增加。能源是国民经济和社会发展的基础，社会经济发展得越快，人类对能源的需求就越大，利用能源时可能对环境造成较大程度的破坏。目前世界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。正是由于上述原因，世界能源问题日益严峻，表

13、现在如下方面：1.能源短缺世界上大部分国家能源供应不足，据统计近10 年内化石燃料(煤、石油与天然气等)能量消耗增加了近20倍，预计今后十年化石燃料的用量将翻一番，但全球己探明的石油储量只能用到2050年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。2.环境污染由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，局部地区形成酸雨，严重污染水土。3.温室效应化石能源的利用产生大量的温室气体而导致温室效应，引起全球气候变化。这一问题己提到全球的议事日程，有关国际组织己召开多次会议，限制各国COZ等

14、温室气体的排放量。能源问题关系到经济是否能够可持续发展。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的极大关注。现在人们常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。据有关资料显示:石油储量的综合估算，可支配的化学能源的极限大约为1180一1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量32亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭;天然气储备估计在13180152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在57一65年内枯竭;煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为3亿吨，可以供应169年;铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界

15、能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期，核聚变在2050年前没有实现的希望。能源短缺的形势很严峻，当前世界多数国家对能源问题都- 4 -很重视。新能源技术及节能技术在世界范围内迅速发展。太阳能、绿色生物能、燃料电池、海洋能等新能源的研究与应用为人们描绘出希望。其中太阳能应用技术以其独特的优势在全世界蓬勃发展，使人们在能源危机的焦虑中，感到不少欣慰。（二）太阳能的特点太阳是一个巨大的能源，万物生长都要依靠太阳，地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的。煤炭，石油都是古时候由动物或植物存储下来的太阳能。全世界人们一年所用的各种能量之和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之一，因此利用太阳能的潜力

16、是十分大的。而相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。太阳辐射能与煤炭，石油，核能相比较。有如下的优点:1.储量的“无限性”太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用能量巨大。太阳放射的总辐射能量大约是3.75 X 10 21 kW，极其巨大的。其中到达地球的能量高达1.73 X 10 11kW,穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为8.1X10 13kW。在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为1.7 X 10 13kW，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间可以是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源缺乏、枯竭的最有效途径。2.存在的普遍性虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。3.利用的清洁性太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。4.利用的经济性可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且