基于单片机控制的移动式光伏跟踪系统研究与设计

作     者：许迎东 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王永清

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：移动式 光伏系统 跟踪 单片机 GPS 光电检测 

摘      要：面对严峻的能源危机和环境问题,各国科研工作者都在加大对新能源的开发和利用。随着我国两会的结束,国家电网围绕“碳达峰、碳中和的目标,明确提出:到2025年,实现输送清洁能源占比达到50%。到2030年,光伏装机容量总计将达到10亿千瓦。光伏发电作为太阳能开发和利用的主要形式之一,得到了广泛推广和应用,但由于实际安装方式大多采用固定式或单轴跟踪,致使太阳能电池板的辐射接收总量大打折扣。因此,本文结合GPS特点设计出一款以51单片机为控制核心的可移动式光伏跟踪装置,用于提高辐射接收总量,进而提升光伏发电效率。主要工作如下:跟踪方案的确立:通过分析地平坐标系下的太阳运行轨迹规律,结合常用跟踪原理及安装方式特点,确定采用轨迹跟踪和光电跟踪相结合的双轴混合跟踪方案。跟踪模型的设计与调试:首先,进行硬件电路及软件程序的设计,包括控制单元、检测单元及驱动单元等电路的设计和控制程序编写。重点分析和对比传统光电检测方法,最终采用遮光筒和遮光板相结合的改进型四象限光电检测手段;在程序编写中,采用短时断续策略进行跟踪,用以克服系统实时跟踪自身耗能大的弊端。通过PROTEUS进行跟踪电路搭建,并结合Keil编写系统控制程序完成软件仿真。实物模型实验:跟踪模型制作和调试完成后,进行了两天不同天气状况的实验数据采集,通过专业数据处理软件Orgin Pro进行数据对比,分析结果表明:该模型的跟踪精度在±0.5°以内,同等光照条件下,采用跟踪模型太阳能电池板的发电效率相比于固定式最高可以提升近30%。综上所述,采用GPS的双轴混合跟踪装置在提高光伏发电效率的途径方面提供了参考,对未来光伏产业发展具有一定的理论意义和实用价值。