基于plc控制光伏自动跟踪系统(附件)【字数：12421】
摘 要随着世界经济的发展和经济全球化的进程，地球的能源消耗也越来越大。石油、煤炭、天然气等资源逐渐匮乏的同时，人类急需寻找可再生清洁能源来减少环境污染和填补资源缺乏的漏洞。太阳能作为普遍、清洁、经济的一种可再生能源，具有很大的发展潜力，所以光伏发电是最好地利用太阳能的重要方式之一。目前，太阳能跟踪系统打破了传统固定式光伏发电系统的缺陷，利用其自动跟踪太阳的能力，来提高太阳能电池板的发电效率。因此，研究光伏自动跟踪系统不仅能提高光伏发电效率降低成本，而且还能促进光伏发电产业进一步的发展。本文通过对不同天气下太阳能辐射的特点对自动跟踪模式进行设计，计算了太阳运动轨迹中的方位角和高度角，将光电跟踪方式和太阳能运动轨迹跟踪方式相结合，并对太阳能电池板进行风速和限位保护，使太阳能电池板全天候自动安全地对太阳进行自动跟踪，从而让太阳能电池适应外部因素的改变，使其达到最大功率传输的目的。对于该光伏自动跟踪系统，硬件部分包括双轴机械跟踪机构，光强检测与转换电路，太阳方位监测与转换电路，PLC控制，开关电源等模块；软件部分设计了光伏自动跟踪系统的主要程序的流程图和部分PLC程序，从而实现各个硬件模块的功能。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的目的与意义 1
1.3国内外发展的现状 2
1.3.1太阳能电池的发展 2
1.3.2自动跟踪系统的研究现状 2
1.4课题研究内容 3
第二章 太阳能电池 4
2.1太阳电池的分类 4
2.1.1按材料分类 4
2.1.2按电池结构分类 4
2.1.3按用途分类 5
2.2太阳能电池的工作原理 5
2.2.1PN结及工作原理 5
2.2.2太阳能电池的等效电路 5
2.2.3太阳电池的主要参数 6
2.3本章总结 7
第三章 太阳能电池板跟踪方案 8
3.1太阳自动跟踪系统的设计 8
3.1.1视日运动轨迹跟踪系统 8
3.1.2光电式跟踪 8
3.1.3跟踪方式运用场合 9
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2太阳辐射及角度计算 9
3.2.1赤道坐标系 9
3.2.2地平坐标系 11
3.2.3太阳角度的计算 12
3.3本章总结 13
第四章 自动跟踪系统的硬件设计 14
4.1机械结构的总体设计 14
4.2光强检测器 14
4.2.1光电传感器 15
4.2.2太阳光强检测放大电路 16
4.3太阳方位检测 17
4.3.1太阳方位传感器 17
4.3.2太阳方位检测电路 18
4.4风向、风速检测 19
4.4.1风向检测 19
4.4.2风速检测 20
4.5模拟量输入模块的选择 20
4.6 PLC I/O接口设计 22
4.7电源模块 24
4.8人机交互界面 25
4.9本章总结 25
第五章 自动跟踪系统的程序设计 26
5.1自动跟踪系统的主程序设计 26
5.2自动跟踪系统子程序的设计 26
5.3数据采集子程序设计 28
5.4光电跟踪子程序设计 29
5.5太阳轨迹跟踪子程序设计 31
5.6本章总结 32
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35
附 录 36
第一章 绪 论
1.1研究背景
新能源是以新技术和新材料为基础的，对环境没有污染且取之不尽、用之不竭的可再生能源。新能源和传统能源相比，普遍具有污染少、储量大、分布广的特点。近年来，各国都日益重视新能源和可再生能源，把开发利用新能源与可再生能源作为应对环境污染、化石能源枯竭和气候变化问题的主要方法[1]。
煤炭发电目前是我国的主要发电方式之一，占据了我国总发电量的67%左右，这显然影响了我国的生态环境[2]。太阳能作为一种清洁能源，其分布广泛，含量巨大，它的出现为世界各国缓解化石资源不足减轻了负担[3]。2007年中国成为生产太阳能电池最多的国家，预计到2030年，可再生能源在总能源结构中占30%左右[4]。
我国土地面积较大，所以太阳能资源较为丰富。尤其是西部地区，大气稀薄，年日照时间超过3000小时，平均辐射总量7000 兆焦耳/平方米。如果我们能把这优势充分利用，这将解决很多贫困山区用电难的问题[5]。太阳能发电具有对环境无污染、安全、不受地域限制等优点[6]。从而有效地减轻了发电成本，同时扼制了全球气候持续恶化的趋势[7]。
1.2研究的目的与意义
太阳能作为一种新型的发电能源，现在学者主要致力于研究怎样提高太阳能利用率。首先我们可以采用效率较高的太阳能电池，从而在相同的光照下最有效地实现光电转换；其次可利用聚光装置来提高光照强度；最后可运用MPPT技术和追日跟踪技术来充分接受太阳能来提高发电效率[8]。
太阳能电池的光伏转换效率与太阳光入射角密切相关，我们通常采用直接太阳辐射技术（太阳光垂直照射到太阳能装置的平板上）[9]。若要使其更好地接收光能，光线始终要保持与太阳能电池板成90°。相同情况下，采用自动跟踪控制系统要比固定发电设备发电量高出35%左右[10]。所以说光伏自动跟踪控制系统的研究，是非常具有价值的。不仅是对环境的保护还是国家对电力的需要，都具有一定的战略意义。
1.3国内外发展的现状
1.3.1太阳能电池的发展
自从1839年光伏效应第一次被发现之后，光伏产业开始逐渐发展。1883年，美国科学家制造出来第一个太阳能电池，但直到1946年才研制出硅制太阳能电池。在1954年，贝尔实验室的三位科学家一个意外的发现，使得硅制太阳能电池的能量转换效率大大的提高。人们开始把太阳能电池运用到民用上是在1973年，主要为了应对当时石油危机。1974年，太阳能电池能量转换率达到17%，但第一次生产出能量转换率高于20%的硅晶太阳能电池是在1985年。1990年太阳能电池开始投入民间使用，于是开始推广“并网光伏发电系统” [11]。
2007年中国成为生产太阳能电池最多的国家，预计到2030年，可再生能源在总能源结构中占30%左右[12]。
1.3.2自动跟踪系统的研究现状
机械跟踪装置主要有单轴和双轴两种方法。根据太阳能自动跟踪系统控制信号产生方式分，可以把其分为三种：运动式跟踪，光电式跟踪和混合式跟踪。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的目的与意义 1
1.3国内外发展的现状 2
1.3.1太阳能电池的发展 2
1.3.2自动跟踪系统的研究现状 2
1.4课题研究内容 3
第二章 太阳能电池 4
2.1太阳电池的分类 4
2.1.1按材料分类 4
2.1.2按电池结构分类 4
2.1.3按用途分类 5
2.2太阳能电池的工作原理 5
2.2.1PN结及工作原理 5
2.2.2太阳能电池的等效电路 5
2.2.3太阳电池的主要参数 6
2.3本章总结 7
第三章 太阳能电池板跟踪方案 8
3.1太阳自动跟踪系统的设计 8
3.1.1视日运动轨迹跟踪系统 8
3.1.2光电式跟踪 8
3.1.3跟踪方式运用场合 9
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2太阳辐射及角度计算 9
3.2.1赤道坐标系 9
3.2.2地平坐标系 11
3.2.3太阳角度的计算 12
3.3本章总结 13
第四章 自动跟踪系统的硬件设计 14
4.1机械结构的总体设计 14
4.2光强检测器 14
4.2.1光电传感器 15
4.2.2太阳光强检测放大电路 16
4.3太阳方位检测 17
4.3.1太阳方位传感器 17
4.3.2太阳方位检测电路 18
4.4风向、风速检测 19
4.4.1风向检测 19
4.4.2风速检测 20
4.5模拟量输入模块的选择 20
4.6 PLC I/O接口设计 22
4.7电源模块 24
4.8人机交互界面 25
4.9本章总结 25
第五章 自动跟踪系统的程序设计 26
5.1自动跟踪系统的主程序设计 26
5.2自动跟踪系统子程序的设计 26
5.3数据采集子程序设计 28
5.4光电跟踪子程序设计 29
5.5太阳轨迹跟踪子程序设计 31
5.6本章总结 32
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35
附 录 36
第一章 绪 论
1.1研究背景
新能源是以新技术和新材料为基础的，对环境没有污染且取之不尽、用之不竭的可再生能源。新能源和传统能源相比，普遍具有污染少、储量大、分布广的特点。近年来，各国都日益重视新能源和可再生能源，把开发利用新能源与可再生能源作为应对环境污染、化石能源枯竭和气候变化问题的主要方法[1]。
煤炭发电目前是我国的主要发电方式之一，占据了我国总发电量的67%左右，这显然影响了我国的生态环境[2]。太阳能作为一种清洁能源，其分布广泛，含量巨大，它的出现为世界各国缓解化石资源不足减轻了负担[3]。2007年中国成为生产太阳能电池最多的国家，预计到2030年，可再生能源在总能源结构中占30%左右[4]。
我国土地面积较大，所以太阳能资源较为丰富。尤其是西部地区，大气稀薄，年日照时间超过3000小时，平均辐射总量7000 兆焦耳/平方米。如果我们能把这优势充分利用，这将解决很多贫困山区用电难的问题[5]。太阳能发电具有对环境无污染、安全、不受地域限制等优点[6]。从而有效地减轻了发电成本，同时扼制了全球气候持续恶化的趋势[7]。
1.2研究的目的与意义
太阳能作为一种新型的发电能源，现在学者主要致力于研究怎样提高太阳能利用率。首先我们可以采用效率较高的太阳能电池，从而在相同的光照下最有效地实现光电转换；其次可利用聚光装置来提高光照强度；最后可运用MPPT技术和追日跟踪技术来充分接受太阳能来提高发电效率[8]。
太阳能电池的光伏转换效率与太阳光入射角密切相关，我们通常采用直接太阳辐射技术（太阳光垂直照射到太阳能装置的平板上）[9]。若要使其更好地接收光能，光线始终要保持与太阳能电池板成90°。相同情况下，采用自动跟踪控制系统要比固定发电设备发电量高出35%左右[10]。所以说光伏自动跟踪控制系统的研究，是非常具有价值的。不仅是对环境的保护还是国家对电力的需要，都具有一定的战略意义。
1.3国内外发展的现状
1.3.1太阳能电池的发展
自从1839年光伏效应第一次被发现之后，光伏产业开始逐渐发展。1883年，美国科学家制造出来第一个太阳能电池，但直到1946年才研制出硅制太阳能电池。在1954年，贝尔实验室的三位科学家一个意外的发现，使得硅制太阳能电池的能量转换效率大大的提高。人们开始把太阳能电池运用到民用上是在1973年，主要为了应对当时石油危机。1974年，太阳能电池能量转换率达到17%，但第一次生产出能量转换率高于20%的硅晶太阳能电池是在1985年。1990年太阳能电池开始投入民间使用，于是开始推广“并网光伏发电系统” [11]。
2007年中国成为生产太阳能电池最多的国家，预计到2030年，可再生能源在总能源结构中占30%左右[12]。
1.3.2自动跟踪系统的研究现状
机械跟踪装置主要有单轴和双轴两种方法。根据太阳能自动跟踪系统控制信号产生方式分，可以把其分为三种：运动式跟踪，光电式跟踪和混合式跟踪。
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