基于能耗分析的双轴太阳跟踪系统产能优化研究

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1、分类号：TP301学校代号：10109密级：公开4、及对柊犬專TaiyuanUniversityofScience&Technology硕士学位论文THESISOFMASTERDEGREE(学术型）基于能耗分析的双轴太阳跟踪论文题目：系统产能优化研究_________研究生姓名:张国梁指导教师:李虹教授学科专业:控制理论与控制工程学习年限:2012年9月一2015年7月论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写的

2、研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律后果由本人承担。论文作者签名：曰期:分类号：TP301学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（学术型）学位论文题目：基于能耗分析的双轴太阳跟踪系统产能优化研究研究生姓名：张国梁导师姓名及职称：李虹教授培养单位：电子信息工程学院学科专业：控制理论与控制工程论文提交日期：2015年5月论文答辩日期：2015年6月5日答辩委员会主席：闫高伟教授中文摘要中文摘要随着现代社会的快速发展，能源消耗量逐年增加，与之相伴的环境问题也日

3、益突出，因此，太阳能做为一种无污染的清洁能源越来越具有研究价值和实际意义。提高产能效率是光伏发电所面临的主要问题之一，通过改进和优化跟踪方案的可以有效提高光伏发电系统的产能效率。本课题针对目前太阳跟踪所存在的问题，自行设计搭建了一套太阳跟踪装置。以此装置为实验平台，在对MPPT算法进行改进的基础上，研究了电池板产能和跟踪装置耗能的关系，依据这一关系推导出了跟踪次数优化计算方法。并将此计算方法应用于视日运行轨迹跟踪方案中，进一步提升了光伏发电的产能效率。主要的研究工作有：1)为了推导出跟踪装置在某段时间内的跟踪次数优化方程，首先需要研究电池

4、板产能和跟踪装置耗能的关系，因此本课题先对电池板的输出特性进行了分析。针对MPPT算法中扰动观察法存在的稳态震荡与跟踪速度不可兼顾的缺陷进行了改进和Simulink仿真。仿真结果表明，采用改进后的MPPT算法可以使系统在保证跟踪速度的情况下有效降低稳态震荡，减少了震荡导致的能量消耗。2)本课题采用视日运行轨迹跟踪与光电跟踪相结合方案。首先，对太阳运行轨迹的天文学运行原理进行了深入研究，并通过MATLAB软件进行了仿真验证。然后，针对视日运行轨迹跟踪方案存在的缺点设计了含有8个光敏电阻的光电传感器对跟踪装置进行微调，使电池板法线可以更加准确

5、的与太阳光线重合。同时，对跟踪装置的耗能进行了分析，得出了双轴结构的运行耗能公式。在此基础上结合电池板的最大功率，推导出了某段时间内跟踪次数的优化计算方程，并对该算法进行了仿真验证。结果表明，加入跟踪次数优化算法之后，系统的产能效率有了进一步提高。3)设计搭建了一套双轴太阳跟踪装置和以BUCK电路为核心的功率主电路及其外围电路。并且采用VB与MATLAB混合编程的方法设计完成了单片机与上位机的通信控制界面，通过该界面可以查看装置的跟踪轨迹、外界天气情况，以及电机失步报警等信息，提高了系统的稳定性和可控性。最后，完成了对跟踪精度和BUCK电

6、路传输效率的实验测量与分析。仿真和实验表明：双轴太阳跟踪装置的跟踪精度高、稳定性好，并能有效提高光伏发电的产能效率。关键词：光伏发电；双轴太阳跟踪；跟踪次数优化；ATmega16；光电跟踪；MPPTIABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmodernsociety,theenergyconsumptionisincreasingyearbyyear,accompaniedwiththis,theenvironmentproblemisincreasinglyoutstanding.Therefo

7、re,thesolarenergyasapollution-freecleanenergyhavemoreandmoreresearchvalueandpracticalsignificance.Improvetheproductionefficiencyisoneofthemajorproblemswhichthephotovoltaicfaced,usingthesuntrackerisaneffectivemethodtosolvethisproblem,throughtheimprovementandoptimizationoft

8、rackingschemecaneffectivelyimprovetheefficiencyofphotovoltaicpowergenerationsystem.Accordingtoth