毕业设计--太阳自动追踪系统设计

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1、目录 中文摘要 3 英文摘要 4 1 引言 5 1.1 课题研究的背景和意义 5 1.2 课题研究的现状 5 1.3 课题研究的主要内容 6 2 系统的总体设计方案 7 2.1 跟踪方法 8 2.1.1 太阳轨迹跟踪方法的设计 . 8 2.1.2 光电跟踪方法的设计 10 2.2 机械结构的设计 . 13 2.3 充电模块的设计 . 14 2.3.1 充电策略的选择 14 2.3.2 充电控制器的选择 17 3 系统的硬件设计 . 18 3.1 电源模块的设计 . 19 3.1.1 24V 到 5V 的转化 . 21 3.1.1 24V 到负 15V 的转化 22 3.1.1 24V 到 15

2、V 的转化 22 3.1.1 24V 到 12V 的转化 23 3.1.1 24V 到-12V 的转化 23 3.2 光电检测模块的设计 . 24 3.2.1 太阳方位检测模块 24 3.2.2 太阳光强检测模块 26 3.3 单片机控制模块 . 28 3.3.1 单片机的选择 28 3.3.2 外部时钟电路 29 3.3.3 步进电机驱动电路 29 3.4 蓄电池充电模块 . 31 3.4.1 DC/DC 变换电路 31 3.4.2 MOSFET 驱动电路 . 33 3.4.3 电压采样电路 34 3.4.4 电流采样电路 35 3.4.5 蓄电池温度检测电路 35 3.4.6 PWM 方波

3、设计 36 4 电路仿真 . 37 4.1 降压（BUCK）电路的仿真 . 37 4.2 太阳光强和方位检测电路的放大电路的仿真 . 37 结论 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 40 附件 1： 41 附件 2： 42 太阳自动追踪系统设计 摘要：人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型 能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又 存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太 阳能设备对太阳能的利用率不高。本文研究了基于太阳自动跟踪的独立光伏 发电系统。 太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式， 发展前景非常广阔。

4、 目前， 光伏发电系统多采用固定安装的形式， 这种发电系统具有发电效率低、 成本高、不宜推广等缺点。在光伏发电系统中使用太阳自动跟踪，能有效地 提高太阳能的利用率。因此，本文的研究对提高光伏发电效率、促进光伏发 电的推广应用具有重要的意义。本文首先提出了一种将光电跟踪方式和太阳 运动轨迹跟踪方式相结合的全天候太阳自动跟踪方法。分析并确定了晴天、 多云和阴雨三种天气条件下，应分别采取的跟踪模式；给出了光电跟踪方式 的具体设计思路和实现方法；分析并确定了太阳运动轨迹的计算方法。根据 提出的跟踪方法，设计了一套自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统。该系统 为小型光伏发电系统，在太阳自动跟踪的基础上，全天

5、候、高效率地独立运 行，将尽可能多的太阳能转换为电能，储存在蓄电池中。整个系统分为太阳 自动跟踪系统和光伏电源系统两个子系统。分别进行了两个子系统的硬件设 计和软件设计。硬件设计包括太阳方位检测、光强检测、单片机控制、数据 采集、外部时钟、光伏电源等模块；而软件部分设计了太阳自动跟踪系统的 软件体系，实现了各个硬件模块的功能、光电检测数据的处理以及跟踪机构 的驱动控制。本课题设计的自动跟踪式独立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，保证蓄电池的正常充电。 关键词：太阳能，光伏发电，光电跟踪，太阳运动轨迹跟踪，蓄电池

6、充电 Abstract: An stand-alone PV(photovoltaic) generation system based on automatic solar tracking was researched. As an important way of utilizing solar energy, PV power generation has a broad prospect. Now many PV power generation systems use fixed-mounted solar panels. These systems have the disadvantages of low efficiency of electricity generation, high costs and difficult to promote. By using solar automatic tracking, PV power generation systems can effectively improve the utilization of s