一种高精度太阳能跟踪控制系统设计与实现

一种高精度太阳能跟踪控制系统设计与实现

祁琛阳;王成龙;吴泽睿;李东锴

【期刊名称】《建模与仿真》

【年(卷),期】2022(11)3

【摘要】为了提高线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制精度,本文基于PLC研制了原理样机模型,对太阳进行实时跟踪。基于光控和程控相结合,对天气的阴晴判断提出了一种基于模糊识别原理的全天候太阳自动跟踪方法,在Matlab中建立了阴晴模糊识别系统,然后通过高精度太阳位置算法,实现对聚光镜场的高精度和低延迟的跟踪控制目标。结果表明:通过误差分析法计算并比较跟踪目标角度计算结果与德国弗朗霍夫研究所提供的目标角度计算结果的理论值得出跟踪绝对误差在

±0.455˚以内,具有较高的实用性和广阔的发展前景。

【总页数】11页(P744-754)

【作者】祁琛阳;王成龙;吴泽睿;李东锴

【作者单位】兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室兰州;兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心兰州

【正文语种】中文

【中图分类】TP3

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太阳能跟踪系统

全天候太阳能跟踪系统设计 摘要 全天候太阳能跟踪系统是针对太阳能空调、太阳能制氢、太阳辐照度测量、材料老化实验、高效太阳能光伏发电、高效太阳能热水器等需要对太阳进行实时跟踪的应用领域而设计的。 太阳能跟踪系统的设计是综合运用物理学、光学，运动学、控制理论等学科体现，是当前国内外研究的热点问题之一。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。所以实现对太阳全天候跟踪，是提高对太阳能运用，利用率有重大意义。 本人制作全天候太阳能跟踪系统，该系统可以对太阳全方位跟踪，具有两个自由度的跟踪能力。经过黑夜或阴天后，只要太阳一出即可跟踪，工作可靠稳定。 该系统运用ATMEL公司AT89C52控制芯片，通过对运放器LM354N,LM358组成比较模块对光敏电阻对光线的感应强度和设定基准电压比较结果的检测，并对检测结果进行逻辑运算后，对负责方位角和高度角的步进电机进行控制，从而实现对太阳全方位跟踪。1602液晶显示模块，显示系统当前的工作状态及时间。在该论文中详细阐述了控制系统的组成结构和工作原理。该方法利用九个光敏电阻对当前环境光线强度进行感应，在不同强度亮度下，光敏电阻的阻值不一样，所以比较器的正输入电压也不同。如果跟踪板不是正对的太阳，那么九个光敏电阻的阻值也不一样，比较器正输入的电压也不一样，如果正输入电压高于设定的基准电压，比较器将输出一个信号给单片机，单片机根据比较器输入的信号进行逻辑运算，然后控制相应步进电机旋转，直到九个光敏电阻感应光线强度一样。 在接受控制电路中引入单片机，通过充分利用其软、硬件资源，使系统具有优异的智能性、可扩展性、可升级性和操作方便，为对太阳全天候跟踪提供了合理、廉价的解决方案等特点。 最后进行了系统联合调试，结果表明：系统的软、硬件设计合理可行，为后续的研究工作奠定了基础。 关键词：光敏电阻组合检测元件比较器模块单片机（AT89C52） 1 概论

太阳光线自动跟踪系统设计与实现

基于DSP的太阳光线自动跟踪系统设计与实现 引言 精确捕捉太阳光线可提高太阳能装置，尤其是聚光类太阳能装置的太阳能利用率。现有的聚光类太阳能发电系统主要采用程序控制、传感器控制、程序与传感器联合控制的方法。程序控制方法是计算出太阳在一天中的位置，并通过电机驱动装置运动到目标位置，该方法可克服传感器控制的缺点，但存在累积误差，且程序复杂，对控制器要求较高；传感器控制方法是实时测量太阳光的方向，但实际应用中存在跟踪死区，跟踪范围窄；而程序与传感器混合控制的方法虽然在任何气候条件下都能得到稳定而可靠的跟踪控制，但由于成本和可靠性等问题，一直没有被规模化使用。为更好地采集太阳辐射能量，降低发电成本，提高跟踪装置可靠性，这里对太阳光线自动跟踪方法进行研究，并利用TMS320F2806型DSP为主控制器设计模拟跟踪控制系统。 2 跟踪方法 2．1 模拟跟踪装置 太阳光线的入射角是时刻变化的，为使跟踪装置在不同季节、不同日照时间都能精确地捕捉太阳光线人射角，机械结构采用双轴跟踪：利用高度角一方位角式全跟踪，通过两电机分别控制高度角轴与方位角轴位置，如图1所示。跟踪箱内装有跟踪传感器，电机1控制高度角轴，电机2控制方位角轴，两轴的合成运动使跟踪镜头始终跟随太阳入射光线。编码器1、编码器2分别检测高度角轴与方位角位置。

3．2 传感器检测电路 由跟踪策略可知，传感器需要检测的信号主要包括：光线强度、光电池一三象限电压差、二四象限电压差。这里主要介绍电压差检测电路。 由于光电池短路电流在很宽的光线强度范围内与光线强度成线性关系，在设计时利用其短路电流特性。在光电池的输出端串联取样电阻，将电流的变化转化为输入电压的变化。高度角与方位角跟踪原理相同，以高度角跟踪电路为例，信号检测电路如图3所示。 图3中Ain1、Ain3为采样输入端，分别连接光电池一三象限。当太阳光斑在光电池上移动时，光电池上一三象限的输出电流不等，经过电阻R1、R2采样后，送入差动放大器。R16为模拟量输入端的取样电阻，取电阻R13=R15。 由于所选控制器的模拟输入电压范围为0～3 V，而光线聚焦在光电池上形成光斑后，光电池两象限的电压差有正负。因此需在差动放大器同相输入端加一偏置电压V r，使放大器输出的零点电压(当放大器两输

太阳位置自动追踪系统的设计

太阳位置自动追踪系统的设计 太阳位置自动追踪系统的设计 引言： 太阳是地球上一切生命的源泉，因此研究太阳的运动轨迹对于各个领域都具有重要意义。然而，由于地球自转和公转的复杂性，太阳的位置是不断变化的。为了更好地利用太阳能、实现太阳能追踪和降低能源消耗，设计一套太阳位置自动追踪系统是非常有必要的。 一、系统概述 太阳位置自动追踪系统是一种通过感知和控制技术实现的系统，可以实时获取太阳的位置信息，并使太阳能装置随之自动调整方向。该系统利用传感器获取地球上某一特定位置的太阳的位置信息，并通过控制器控制电机或其他执行机构来实现太阳能装置的自动追踪。 二、系统组成 1. 光照传感器：光照传感器的作用是感知太阳的强度和位置 信息。利用传感器测量太阳光的强度，可以得到太阳的位置角度信息，并将其输入控制器进行分析和处理。 2. 控制器：控制器是系统的核心部分，它接收光照传感 器的输入，并通过计算和判断决定太阳能装置的转动角度。控制器还可以根据设定的参数，调整正在工作的执行机构，使其按照预定方向追踪太阳的运动。 3. 执行机构：执行机构是通过控制器发出的信号，控制 太阳能装置的转动。常用的执行机构有电机、液压缸等。通过控制执行机构的运动，太阳能装置可以实现自动追踪太阳，最大限度地接收太阳能。

三、系统工作原理 光照传感器感知到太阳的位置和光强度后，将信息传递给控制器。控制器根据预设参数和算法分析这些数据，并产生相应的控制信号，驱动执行机构转动。通过与预设目标进行比对，控制器可以精确地控制执行机构的运动，使太阳能装置随着太阳的运动而不断调整自身位置和方向。 四、系统设计与实施 在设计太阳位置自动追踪系统时，需要考虑以下几个方面： 1. 传感器选择与性能：选择合适的光照传感器，具备感知太 阳位置和强度的功能，并具有高精度、高灵敏度的特点。 2. 控制器算法：设计适用于太阳位置自动追踪的控制算法，能够实时分析光照传感器的数据，并根据算法输出相应的控制信号。 3. 执行机构选择与驱动方式：根据具体应用场景，选择 适合的执行机构，如电机、液压缸等，并设计合理的驱动方式，使其能够按照控制器的信号实现精确的转动。 五、系统应用与优势 太阳位置自动追踪系统可以广泛应用于太阳能发电、太阳能热水系统、太阳能热风系统等领域。其优势在于： 1. 提高太阳能利用效率：通过追踪太阳的运动，使太阳能装 置始终保持最佳朝向，最大程度地接收太阳能，提高太阳能利用效率。 2. 节约能源成本：系统的自动控制功能可以在无人看管 的情况下进行，减少人力资源的消耗，降低能源成本。 3. 环保节能：通过科学合理的调节太阳能装置的位置和 方向，可以减少对其他能源的依赖，降低对环境的影响。 结论：

基于变频器的太阳能跟踪系统设计及实现

基于变频器的太阳能跟踪系统设计及实现 太阳能是一种绿色、清洁、可再生、低碳的能源，近年来受到了越 来越多的关注。为了提高太阳能的利用效率，我们需要构建适合不同 场地、不同需求的太阳能发电系统。其中，太阳能跟踪系统是一种被 广泛采用的方法，能够自动追踪太阳的运动轨迹，以最大程度地利用 太阳的能量。而基于变频器的太阳能跟踪系统则是一种更加高效、稳 定的解决方案。本文将介绍基于变频器的太阳能跟踪系统的设计及实现。 一、太阳能跟踪系统的基本原理 太阳能跟踪系统的核心是太阳能追踪器，它可以控制太阳能电池板 随着太阳的位置移动，使其始终朝向太阳，以最大限度地接收太阳光 的能量。太阳能追踪器的跟踪原理一般分为两种：单轴跟踪和双轴跟踪。 单轴跟踪是通过一个轴来控制电池板的倾斜角度，让电池板朝向太阳，使得垂直于太阳光的投影面积最大，这样可以获得最大的能量收 集效率。而双轴跟踪是在水平面和垂直平面上各加一个轴，可以实现 更精确的跟踪。由于双轴跟踪可以考虑到太阳高度角和方位角的影响，所以收集效率更高，但系统复杂度也相应增加。 二、基于变频器的太阳能跟踪系统的设计 传统的太阳能追踪系统一般采用直流电机控制电池板的旋转，但这 种控制方式由于对电机转速的限制，跟踪精度有所局限。而基于变频

器的太阳能跟踪系统则可以通过调整电机的频率和电压来实现更加稳定、精准的跟踪效果。具体的，基于变频器的太阳能跟踪系统具有以 下几个设计要点： 1、选型合适的变频器 变频器是控制电机旋转速度的核心组件，需要根据实际情况选型。 一般需要考虑电机的额定电压、电流、功率等参数。同时，为了提高 系统运行效率，还需要考虑变频器的运算速度和控制精度等因素。 2、设计合适的控制算法 基于变频器的太阳能跟踪系统需要采用特定的控制算法进行方向调 整和转速调节。一般的控制算法有基于光照度的PID控制、模糊控制、神经网络控制等，需要根据系统的要求进行选择。 3、结构设计和调试 基于变频器的太阳能跟踪系统的结构设计和调试需要考虑到太阳能 追踪器的精度、稳定性和耐用性等因素。通常会涉及到机械设计、电 路设计、软件编写、传感器安装和信号处理等多个方面。 三、基于变频器的太阳能跟踪系统的实现 为了验证基于变频器的太阳能跟踪系统的有效性，我们可以通过实 现一个简单的太阳能追踪器来演示其实现过程。 1、系统硬件

基于python设计的太阳能自动跟踪系统

基于python设计的太阳能自动跟踪系统 太阳能自动跟踪系统是一种利用太阳能进行能源转换的系统，它可以根据太阳的位置自动调整太阳能板的角度，以最大程度地吸收太阳能。这样的系统可以广泛应用于太阳能发电、太阳能热水器等领域，提高能源利用效率。 太阳能自动跟踪系统的设计基于Python编程语言，通过编写程序来实现自动控制太阳能板的角度。Python作为一种简单易学的脚本语言，具有丰富的库和模块，非常适合用于开发控制系统。在设计太阳能自动跟踪系统时，我们可以利用Python的数学计算库和图形库来实现对太阳位置的计算和太阳能板角度的调整。 我们需要获取太阳的位置信息。可以利用Python的时间库和日历库获取当前的日期和时间，并结合地理位置信息计算太阳的高度和方位角。在计算太阳位置时，我们需要考虑地球的自转和公转运动，以及地球的倾斜角度等因素。通过对这些因素进行精确的计算，我们可以得到准确的太阳位置信息。 接下来，我们需要根据太阳的位置信息来调整太阳能板的角度。在太阳能发电系统中，太阳能板的角度决定了太阳能的吸收效率。一般来说，太阳能板的角度应该与太阳的高度角相等，以便最大限度地吸收太阳能。因此，我们可以通过比较太阳的高度角和太阳能板的角度来确定太阳能板是否需要调整角度。

在调整太阳能板角度时，我们可以利用Python的GPIO库来控制舵机或电机的转动，从而实现太阳能板的自动调整。通过编写简单的控制程序，我们可以根据太阳的位置信息，计算出太阳能板需要调整的角度，并将这个角度转化为舵机或电机的控制信号，从而实现太阳能板的自动跟踪。 除了自动跟踪外，太阳能自动跟踪系统还可以提供一些额外的功能。例如，我们可以利用Python的网络库和传感器库来实现对系统的远程监控和控制。通过将系统与互联网连接，我们可以实时监测太阳能板的工作状态，并通过手机或电脑远程调整系统的参数。这样，用户可以随时随地掌握系统的运行情况，并对系统进行调整和优化。 基于Python设计的太阳能自动跟踪系统可以实现根据太阳的位置自动调整太阳能板的角度，从而提高太阳能的利用效率。通过编写简单的控制程序，我们可以实现太阳能板的自动跟踪和远程监控，使系统更加智能化和便捷化。未来，随着太阳能技术的不断发展，太阳能自动跟踪系统将在更多的领域得到应用，为人们提供更加可靠和高效的能源解决方案。

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究 太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究 一、引言 近年来，随着全球对清洁能源需求的不断增加，太阳能作为一种绿色环保的能源形式，受到了广泛的关注和研究。太阳能光伏系统的效率取决于太阳光的照射角度，而太阳能跟踪系统能够实时调整太阳能电池板的位置，以最佳角度接收太阳光，从而提高能源转化效率。因此，对太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究具有重要意义。 二、太阳能双轴自动跟踪系统的工作原理 太阳能双轴自动跟踪系统主要由光敏电阻、控制电路、电机、轴承和太阳能电池板等组成。光敏电阻用于实时感知光照强度，然后通过控制电路对电机进行驱动，使太阳能电池板跟随太阳的运动。 该系统的工作原理如下： 1. 光敏电阻感知：将光敏电阻安装在太阳能电池板的一侧， 用于感知光照的强度。电阻的电阻值与光照强度呈反比关系，因此可以通过电阻值来判断光照的强弱。 2. 控制电路驱动：利用控制电路对电机进行驱动，实现太阳 能电池板的双轴自动跟踪。控制电路根据光敏电阻感知到的电阻值来判断光照的强弱，并根据一定的算法计算出电机驱动的方向和速度，以实现太阳能电池板的准确跟随。 3. 电机驱动：太阳能双轴自动跟踪系统采用两个电机，分别 用于水平轴和垂直轴的驱动。电机通过与控制电路的配合，实现太阳能电池板的水平和垂直方向的旋转，使其能够跟随太阳的运动轨迹，并保持最佳接收太阳光的角度。

4. 轴承：太阳能电池板通过轴承连接到电机，以实现旋转。 轴承设计应具有较高的承载能力和较小的摩擦阻力，确保太阳能电池板的平稳运转。 三、太阳能双轴自动跟踪系统的设计要点 1. 光敏电阻的选择：选择感光度高、响应速度快、稳定 性好的光敏电阻，以确保系统能够准确感知光照强度变化。 2. 控制电路的设计：控制电路要能够准确判断光敏电阻感知 到的光照强度，根据一定的算法计算出电机驱动的参数，并能够稳定、准确地驱动电机。 3. 电机的选用：选择符合系统需求的电机，应考虑电机的转速、转矩和功率等参数，并能够与控制电路进行良好的配合。 4. 轴承的选型：轴承应具有较高的承载能力，同时需注意轴 承的摩擦阻力应尽可能小，以减小系统的能耗。 四、太阳能双轴自动跟踪系统的研究现状 目前，对太阳能双轴自动跟踪系统的研究主要集中在控制算法和电机控制技术方面。在控制算法方面，研究人员提出了多种算法，如PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等，以提高系统的控制精度和稳定性。在电机控制技术方面，研究人员探索了多种驱动方式，如直流电机驱动、步进电机驱动和无刷直流电机驱动等，以满足不同应用场景的需求。 此外，一些研究还将太阳能双轴自动跟踪系统与光热转换技术相结合，通过加热和蓄热等方式增强系统的能量利用率。这些研究为太阳能双轴自动跟踪系统的改进和进一步应用提供了新的思路。 五、结论 太阳能双轴自动跟踪系统是提高太阳能光伏系统能源转化效率的重要技术。通过光敏电阻感知光照强度，并通过控制电

太阳位置自动追踪系统的设计

太阳位置自动追踪系统的设计 摘要： 随着太阳能利用技术的进步，太阳能系统的效率和功率输出已经成为人们关注的焦点。为了最大程度地提高太阳能系统的效能，太阳位置自动追踪系统应运而生。本文将介绍原理以及实现方法，并对其应用前景进行谈论。 一、引言 太阳能是一种清洁、可再生的能源，具有丰富的资源和宽广的利用前景。然而，太阳能的效率受多种因素影响，其中太阳的位置是重要的影响因素之一。传统的太阳能系统通常接受固定的安装角度来抓取太阳的光照，但因为太阳的位置在不息变化，这种固定角度的安装方式无法充分利用太阳能资源。因此，对于提高太阳能利用效率至关重要。 二、原理 原理基于太阳在天空中的运动规律。太阳每天从东方升起，经过正午后逐渐西沉，最后在西方落下。太阳位置自动追踪系统通过测量太阳的方位角和高度角，实时调整太阳能系统的朝向角度，以保持最佳的光照接见效果。 详尽而言，太阳位置自动追踪系统包含三个主要组成部分：太阳位置传感器、控制算法和驱动装置。太阳位置传感器通常接受光电二极管或CCD摄像头来感知太阳的方位角和高度角。控制算法负责依据传感器测量的太阳位置信息计算出太阳能系统的朝向角度，并将结果传递给驱动装置。驱动装置依据控制信号调整太阳能系统的朝向角度，以实现太阳自动追踪。 三、太阳位置自动追踪系统的实现方法

1. 太阳位置传感器的选择：太阳位置传感器是太阳位置自动追踪系统的核心组件，其准确度和响应速度直接影响系统的性能。传感器的选择要思量其测量范围、灵敏度、抗干扰能力等因素，以满足太阳位置测量的要求。 2. 控制算法的设计：依据太阳位置传感器测量的太阳位置信息，控制算法需要能够快速准确地计算出太阳能系统的朝向角度。控制算法可以接受传统的PID控制方法或更高级的模糊控制、神经网络控制等方法，以实现最优的追踪精度和响应速度。 3. 驱动装置的选型：驱动装置依据控制信号调整太阳能系统的朝向角度，常见的驱动装置包括电动驱动装置和液压驱动装置。选用适合的驱动装置需要思量驱动精度、可靠性和能耗等因素。 四、太阳位置自动追踪系统的应用前景 太阳位置自动追踪系统可以广泛应用于太阳能光电站、太阳能热利用系统、太阳能灯具等领域。通过自动调整太阳能系统的朝向角度，太阳位置自动追踪系统可以提高系统的太阳能接见效率，增加系统的发电或热量输出。 此外，太阳位置自动追踪系统还可以依据不同地理位置和季节变化，调整太阳能系统的朝向角度，以适应不同的光照条件，提高系统的适应性和鲁棒性。因此，太阳位置自动追踪系统有着宽广的市场前景和应用潜力。 五、结论 本文介绍了原理和实现方法，并探讨了其在太阳能利用领域的应用前景。太阳位置自动追踪系统通过测量太阳的位置信息，实时调整太阳能系统的朝向角度，以最大程度地利用太阳能资

单轴跟随太阳能跟踪系统的设计与优化

单轴跟随太阳能跟踪系统的设计与优化 随着能源危机和环保意识的日益增强，太阳能发电逐渐成为人们选择的一种绿色能源。而太阳能跟踪系统则是太阳能发电的重要组成部分之一。本文将介绍单轴跟随太阳能跟踪系统的设计与优化。 一、跟踪系统的基本原理 太阳能跟踪系统是指一种可以追踪太阳位置，保证光伏板垂直于太阳辐射方向，最大限度地接受太阳辐射的系统。根据跟踪方式的不同，太阳能跟踪系统可以分为：固定式、单轴跟踪式、双轴跟踪式等。其中，单轴跟踪式是性价比较高的一种方案。 单轴跟随太阳能跟踪系统是通过控制一个轴，使光伏板始终朝向太阳进行跟踪。这种跟踪系统基于地球绕太阳的运动，可以将光伏板始终维持在最佳接收光线角度，提高太阳能转化效率。单轴跟踪系统一般只能单向调节轴的角度，即只能调整俯仰角，不能调整方位角。因此，单轴跟踪系统适合用于大面积、朝向基本相同的光伏场。 二、系统设计 1. 光敏元件

设计单轴跟拍太阳能跟踪系统的关键在于精确地感知太阳位置，常用的光敏元件有两种类型：LDR（光敏电阻）和光电二极管（PD）。在单轴跟踪系统中，我们可以选用单个光敏元件感知太 阳位置。 2. 控制电路 控制电路是单轴跟随太阳能跟踪系统的核心部分，其主要功能 是实现光敏元件感知太阳位置后，通过电机带动太阳能板做出相 应的调整。 控制电路包含两个部分：一部分是基于微处理器的控制器，另 一部分是利用功率放大器进行系统驱动的电路。 3. 电机 为了实现单轴跟随的控制，需要选择一种合适的电机。常用的 电机有直流电机和步进电机，选择何种电机一般需要考虑到系统 的功率和精度等因素。 三、系统优化 1. 太阳位置计算精度 在单轴跟踪系统中，太阳位置计算的计算精度是影响系统效果 的重要参数。精度越高，光伏板始终面对太阳的时间越长，就越 能够发挥最大的太阳能转化效果。

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计 引言： 太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。光伏发 电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。为了优 化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的 利用效率。 一、系统工作原理： 该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控 制电路和执行机构组成。光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电 路进行电信号转换。控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值 进行比较。然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整 角度。 二、光敏电阻的选择： 光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准 确度和稳定性。在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性 曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。一般建议选择具有 较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。 三、测量电路设计： 测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电 信号。测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。信号放大 器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，

模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。 四、控制电路设计： 控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。 五、执行机构设计： 执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。电动执行机构一般由步进电机、减速器和传动机构构成，气动执行机构一般由气缸和传动机构构成。在选择执行机构时，需要根据光伏板的质量和大小来确定合适的类型和尺寸。 六、系统性能评价： 为了评价该系统的性能，需要考虑以下几个指标：追踪精度、响应速度、能效。追踪精度指系统能否准确跟踪太阳位置，响应速度指系统调整角度的速度，能效指系统在跟踪运行时的电能输出与光能输入的比值。通过实验和理论分析，可以确定系统的优化设计方案。 综上所述，单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统通过光敏电阻感应太阳光照强度，并利用测量电路、控制电路和执行机构来实现对光伏板角度的自动调整。该系统能够最大限度地提高光伏发电效率，具有重要的研

太阳能跟踪系统开题报告

开题报告 题目：太阳能自动跟踪系统设计

目录 1.设计背景 (3) 1.1背景 (3) 1.2国内外研究现状 (3) 1.3.主要技术指标： (3) 2.设计原理 (4) 3.设计方案 (4) 3.1光电转换器与光电转换电路 (4) 3.2 AT89C51单片机 (6) 3.3电源 (6) 3.4步进电动机 (7) 4.预期成果 (8)

1.设计背景 1.1背景 太阳能作为一种清洁无污染的新能源,开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的特点，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。而据测试,在太阳能电池板阵列中,相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。所谓太阳能跟踪系统，是使太阳能电池板随时正对太阳，集能器的主光轴始终与太阳光线相平行的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。太阳能跟踪系统的主要应用领域：（1）光伏领域的平板光伏发电和500倍以下的CPV系统；（2）光热领域的抛物面跟踪（如太阳灶、高温太阳能采暖、太阳能热化工等）；（3）太阳能槽式集热；（4）太阳能塔式热电等。 1.2国内外研究现状 在太阳能跟踪方面，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，提高了接收器的接收效率。1998年美国加州成功的研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。目前，太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方式：一种是光电追踪方式，另一种是根据视日运动轨迹追踪；前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。 1.3.主要技术指标： 1）光电转化效率，即入射单色光子-电子转化效率(用缩写IPCE表示)，定义为单位时间内外电路中产生的电子数Ne与单位时间内的入射单色光子数Np 之比，其数学表达式为：IPCE=1240Isc/(IPin)，其中Isc、I和Pin所使用的

单轴太阳能跟踪系统的优化设计与控制

单轴太阳能跟踪系统的优化设计与控制 一、引言 太阳能作为一种取之不尽的清洁能源受到了越来越多的关注。在太阳能光伏发电中，采用单轴跟踪系统可以提高光伏电池板的输出效率。因此，单轴太阳能跟踪系统的优化设计和控制研究具有重要意义。 二、单轴太阳能跟踪系统的原理和结构 单轴太阳能跟踪系统由两个主要部分组成：跟踪控制和电机驱动。其中，跟踪控制负责测量太阳轨迹并控制驱动系统，而电机驱动则控制电机的转速以实现光伏电池板的旋转。 单轴太阳能跟踪系统的工作原理是由一组电机驱动和一组角度传感器组成，它们维护着一个水平位置的平面，使得光伏电池板始终保持跟踪太阳位置的方位角度变化。该系统可以实现沿水平方向的追踪，然后再根据不同的季节和地理位置进行调整，以实现最大化的太阳能捕获效率。 三、单轴太阳能跟踪系统的设计优化 1. 电机驱动系统的设计

单轴太阳能跟踪系统中，电机驱动作为核心部件，其设计方案 对系统性能起着决定性作用。设计时需要考虑以下几个方面：电 机的选型、功率参数、齿轮传动和控制器的稳定性等。 2. 稳定性优化 电机驱动系统的稳定性是影响单轴太阳能跟踪系统稳定性的重 要因素。其中，电机的闭环控制是提高稳定性的关键因素。因此，在设计过程中应该充分考虑电机闭环控制器的选择和动态特性。 3. 太阳轨迹测量 为了实时测量太阳位置，可以采用不同的测量方法，如光线传 感器、太阳位置计算模型等。其中，太阳位置计算模型可以根据 时间、经度和纬度等参数计算出太阳位置，具有精准度高、计算 复杂度低的特点。 4. 光伏电池板的安装和调整 光伏电池板的安装和调整是单轴太阳能跟踪系统中的重要问题。在设计时应该注意以下几点：光伏电池板安装的高度、倾角的选择、板面与地面夹角以及和太阳距离的控制等。 四、单轴太阳能跟踪系统控制问题 1. PID控制器

单片机太阳能跟踪系统设计

单片机太阳能跟踪系统设计 摘要： 本文介绍了一种基于单片机的太阳能跟踪系统的设计。该系统通过 使用光敏传感器和步进电机，能够实时跟踪太阳位置并自动调整太阳 能电池板的方向，以最大程度地吸收阳光能量。文章详细讨论了系统 的硬件设计和软件编程，并进行了实验验证系统的有效性与稳定性。 引言： 随着可再生能源的发展和应用，太阳能作为一种绿色能源正变得越 来越普遍。而太阳能电池板作为太阳能转换的核心装置，其工作效率 直接受到太阳光照强度和入射角度的影响。因此，设计一种能够实时 追踪太阳位置的太阳能跟踪系统，对于提高太阳能电池板的能量转换 效率具有重要意义。 1. 系统硬件设计 1.1 光敏传感器 光敏传感器是实现太阳位置检测的关键模块，其作用是测量光强度 并转化为电信号。在本设计中，采用光敏二极管作为光敏传感器，通 过调整电路参数和选用适当的滤光片以提高传感器的灵敏度和稳定性。 1.2 步进电机

步进电机是用于控制太阳能电池板偏转角度的执行器。本设计中， 选用具有较高精度和可控性的双相步进电机，通过调节步进电机的脉 冲信号和相位控制信号，可以实现对太阳能电池板的精确调整。 1.3 控制电路 控制电路是整个系统的核心部分，主要由单片机、驱动电路和电源 组成。单片机作为系统的主控制器，通过接收光敏传感器采集的信号，并经过一系列计算和判断，生成控制信号给步进电机实现调整。驱动 电路负责将单片机输出的信号转化为适合步进电机工作的电流信号， 以驱动步进电机。 2. 系统软件编程 2.1 信号采集与处理 在软件编程阶段，首先需要进行光敏传感器信号的采集与处理。通 过ADC模块采集光敏传感器输出的电压信号，并借助数字滤波算法对 其进行滤波和降噪处理，确保获取准确可靠的光强度数据。 2.2 太阳位置计算 根据光敏传感器测量到的光强度数据，通过一定的数学模型和算法，可以计算出太阳的位置。根据太阳位置的变化规律，可以判断出太阳 的相对方位和倾角，从而确定太阳能电池板的调整方向。 2.3 步进电机控制

高精度全天候太阳能自动跟踪系统设计

高精度全天候太阳能自动跟踪系统设计 王万乐;宋健;谢云兴;鲁祥凤;公茂法 【摘要】针对传统的太阳能跟踪系统跟踪方式单一、跟踪精度差、缺少人机交互等问题,为了进一步提高太阳能利用率,设计了一种高精度全天候太阳能自动跟踪系统.该系统以光电跟踪为主,视日运动轨迹跟踪为辅,实现对太阳能的全天候跟踪;通过设计一种粗精结合的二级跟踪传感器实现对太阳能的高精度跟踪.采用触摸屏搭建人机交互界面,显示直观,便于操作管理.实验结果表明,该系统具有良好的运行稳定性,并且很大程度上提高了太阳能的利用率,具有较广泛的应用前景.%In allusion to such defects that single tracking mode, poor tracking accuracy and lack of human-computer interac-tion of traditional solar tracking system, a high precision and all-weather solar auto-tracking system was designed to further im-prove the utilization of solar energy. The system is mainly based on the photoelectric tracking, and the trajectory tracking is sup-plemented to achieve all-weather tracking of solar energy. A kind of coarse and fine combination of two-level tracking sensor was designed to realize high precision tracking of solar energy. The touch screen was used to build the human-computer interaction in-terface, which has the characteristics of intuitive display, convenient operation and management. The experimental results show that the system has good stability of operation, greatly improve the utilization of solar energy,and has a wide application prospects. 【期刊名称】《仪表技术与传感器》

STM32单片机太阳能电池板自动跟踪的研究与设计

STM32单片机太阳能电池板自动跟踪的 研究与设计 摘要 如何解决能源危机，缓解环境压力，实现能源的可持续发展，已成为全球能 源研究的热点。由于其诸多优势，太阳能已逐渐成为一种新型的有潜力的新型能源，但是由于其本身存在的不足，制约了它的推广与推广。日冕追踪 该控制体系的研制对于我国光伏发电行业的推广和应用以及国家节能降耗等 都有着积极的作用。本论文是针对STM32的一种新型的太阳能电池板自动追踪装 置进行了研究。本文对STM32单片机的太阳能电池板的自动追踪控制进行了详细 的论述。 关键词：STM32单片机；太阳能电池板；太阳能自动跟踪系统 引言 能源是人类发展和进步的重要资源，对能源的管理是我国国民经济发展的第 一要务。当今全球的主要消费是石油、天然气和煤炭等非再生能源，它们的储存 量非常小，而且在使用过程中会产生大量的CO2，对生态环境的危害很大。目前，我国面临的主要问题是，我国目前面临的主要问题是如何通过新的资源来实现资 源的利用。 1 STM32单片机太阳能自动跟踪系统硬件设计 1.1硬件总体设计方案 根据国内外有关能源管理的经验，本文介绍了一种新型的太阳能自动跟踪控 制器，并根据该系统的特点，实现了一种新型的太阳能自动跟踪控制器。本发明

既可有效地克服太阳电池的非平稳、间断现象，又可使压缩气体储存装置发热， 从而改善其工作效能与效能，其详细的系统硬件结构见下图1-1。 图 1-1 系统硬件总体框图 该仪器的各个部件，其主要的作用是：1）利用光电感应器来探测太阳的方向，纠正由观测日线轨道追踪而引起的累计偏差，以及对气象的晴好情况的判别； 2.一种对光传感器所产生的弱电流进行采集与加工的信号进行处理，以完成电流 转换和电压的放大；3. RTC即时时钟，用以将目前的日期及时刻资讯供给所述控 制器；4. LCD液晶屏幕显示当地时间、日期和此时的日高角和方向信息；5. GPS 模块的功能是：通过获取地理位置的数据，为观测轨道的计算提供经纬数据；6. 采用STM32F103VET6为控制器，通过输出控制讯号，带动方向角马达及角度马达 旋转，完成对日的追踪。 1.2 STM32简介 STM32是一款采用ARMCortex-M3核心的32位 RISC微控制器，具有强大的 信息处理能力、 IO输入和输出能力，能够连接多个外围设备。STM32具有高性能、低成本、低功耗等优点，能实现多种功能。意法半导体（ST）公司（ST）提 供了72 MHz的工作频率，采用单循环硬件相加和除法，内置高速内存（最多512 kbit, SRAM为64 K)，丰富的 I/O端口，连接两条 APB总线的外部设备，3个 12位16通道 ADC、2个12位2通道 DAC、4个普通16位 DAC、2个 PWM高级控 制定时器2个、两个看门狗定时器、2个基本定时器、2个I2C接口、3个 SPI 接口、2个I2C、3个I2c、1个 SDIO、1个 USART、1个 USB、1个 CAN接口。 并且还拥有多个输出接口，以适应不同的场合和不同的设备同时使用。该系统采

太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计

太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计 摘要：伴随着全球经济的迅速发展，人们对资源的需求量越来越大，这促使不可再生资源（煤炭、天然气等）日益紧缺，太阳能电池板的发电能力与照射到光伏的发光强度正相关，接受太阳直射光时可取得较大的光照强度，进而提升太阳能组件的发电效率。本文将简要介绍根据ARM太阳能光伏发电自动跟踪系统的设计。 关键字：光伏发电；跟踪系统；嵌入式操作系统；光敏二极管 1介绍太阳能光伏发电自动跟踪控制系统 因为地球的转动和旋转，太阳能的倾斜角随时随地都会转变。针对固定位置的太阳能发电系统，仅有确保太阳能时刻垂直照射太阳能光伏发电板，才可以做到较高的发电效率。所以，维持太阳能光伏发电板可以最大限度地接受太阳辐射能是非常关键的。现阶段最经典的三种跟踪系统是双轴跟踪系统软件。两轴跟踪系统软件和固定跟踪系统软件。双轴跟踪系统与固定跟踪系统软件对比，双轴跟踪系统和两轴跟踪系统具备较高的日常输出功率和年功率，但在体系结构和费用层面，双轴跟踪体系结构简易。成本费更高一些。 2自动跟踪对系统太阳能光伏发电的分类 2.1固定跟踪系统软件 将太阳能电池片部件直接置放在中纬度地域称之为固定重装系统，太阳能光伏发电列阵选用串联和并联方法搜集太阳能。固定重装系统是确定的，无法一直垂直直射太阳，因此固定重装系统的太阳能组件无法发挥其发展潜力。 2.2双轴跟踪系统

因为光伏发电列阵只有围绕一个转动轴转动，所以双轴跟踪系统包含倾角双轴跟踪和水准双轴跟踪。通常情况下，双轴跟踪系统只有降低光的倾斜角，所以跟踪效果较弱。 2.3两轴跟踪系统 两轴跟踪分成高角。方向角跟踪和极轴跟踪。两轴跟踪系统就是指光伏发电列阵绕2个转动轴转动，第一个转动轴垂直于平面，第二个转动轴水平于平面。这类跟踪方式可以同时跟踪水准方位角和垂直高度角。理论上，两轴跟踪系统可以完全跟踪太阳的运作，太阳的倾斜角为零，所以跟踪精密度相比较高。 2逐日跟踪方式 愈来愈多的理论已经确认了太阳光和发电量效率相互关系。现阶段，人们也明确提出了很多的办法来跟踪太阳。归纳这种方式的具体办法有两类：光学跟踪和太阳运动跟踪。 2.1跟踪太阳轨迹 日出和日落有特殊的运动轨迹和规则。依据当地时节和气候特点，可以得到太阳每日的位置，随后在太阳能电池板上安装对应的管理程序，使太阳能电池板可以准确无误地跟踪太阳。具体选用双轴方式具体采取两类跟踪设备：双轴跟踪和两轴跟踪。其中，双轴具体以焦线为核心，沿焦线的垂直方位开展双重跟踪；两轴可以多方位跟踪高角。双轴关键由两个传动轴构成，即垂直传动轴和水平传动轴，相对性繁杂。 2.2光学跟踪 太阳的强度可以根据光敏管磁感应，根据两个光敏管组装在太阳能电池片的两个对应的点，假如太阳能电池片板接收到太阳，其发生的电量在预估电能值误差要求的阈值，说明现阶段光效果优良，不用太阳能电池板旋转。伴随着时间的变化，太阳能的轨迹产生变化，太阳能电池片造成的电能慢慢变弱，造成电能和预估电能产生之间的偏差越来越更高。这时，光敏管检验到的电子信号被放大电

“太阳能跟踪系统追日装置”的设计与实现

“太阳能跟踪系统追日装置”的设计与实现 摘要： 本追日装置是由STC51单片机、光敏三极管和云台等组成闭环控制系统，主要组成模块有主控模块、光能检测模块和云台控制模块。在日照环境下，通过光能检测模块比较各方位日照强度，控制云台转动，使光能检测模块正对光源，实现追日功能。本装置具有高效、简易的特点，能应用于太阳能领域，以提高太阳能的转换效率。 关键词：单片机，感光模块，云台控制 The design and implementation of“Solar Tracking System” Zhang zhe Wen yi Yu hai (Science and Technology Innovation Center of Electrician and Electron, HuaZhong University of Science and Technology, WuHan 430074) Abstract： The Silversun device was made from STC51 MCU, PTZ composed of photosensitive transistor, and closed-loop control system.The main component modules are main control module, light detection module and PTZ control module. Meanwhile ,through light detection module to compare sunshine intensity and control PTZ rotation, it can devote to the device being in line to the light ,which reaches the eternal function. This device has high efficiency, simple features, which can be applied to solar energy, to enhance solar energy conversion efficiency. Key Words：Microcontroller Unit, hotosensitive module, PTZ 一、总体方案设计与论证 1.方案的设计与选择 方案一：设计一个二维电机转动装置，通过单片机来控制两个电机的转动，以实现对任意方向的跟踪。单片机通过记忆或者计算任何时刻的太阳的位置，然后控制电机转动对准太阳直射方向。单片机利用时钟提供的日期和时间，计算出太阳的预期位置，与编码器提供的当前位置比较，输出控制信号。驱动装置根据单片机提供的信号转动，同时通过编码器将运行速度或位置增量反馈到单片机，形成闭环控制系统。由于当前位置是由增量式计算得到的，若当前位置的计算出