plc控制的太阳能追踪电气系统设计(附件)【字数：10632】
摘 要21世纪人类社会发展的脚步越来越快，与此同时能源的消耗也越来越多，更多化石燃料的消耗导致环境问题也成为了不可避免的世纪性话题。越来越多的人注意到地球上的各种清洁能源，太阳能作为其中前景最广阔的清洁能源正在被人们更多的发觉。但是太阳能漫射在地球的各个角落，想要完全利用并不容易，所以当今社会想要更好的利用太阳能，提高对太阳能的采集效率，提高太阳能的利用率就有了重要意义。本论文在现有的几种太阳能自动追踪系统中选取了一种追踪效率较高，响应速度较快的追踪方式，即光电式太阳能追踪系统进行研究。整套系统采用水平和仰俯双轴追踪太阳光线，能够实现对太阳光的及时追踪，提高太阳能利用率。首先，研究了国内外对于太阳能能源的研究现状，了解了我国对提高太阳能利用率有着迫切的需求，紧接着对追踪方法进行对比，分析利弊，选取最优方案。然后确定系统整体运行构架，设计传感器、系统软件和硬件。所设计出来的光线传感器可以自动判断白天或者黑夜，可以感应出太阳高度和太阳方位两项数据，用于太阳能电池板的调节。软件系统利用GX-Developer软件进行PLC梯形图编程，驱动电机完成相应动作。目前，本论文中的光电追踪系统已经应用到很多太阳能光伏发电系统，但是由于成本原因，大部分的光伏发电系统还是分布式。论文的结果表明，利用追踪系统可以很好的提高太阳能的利用率。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的 1
1.2能源的现状及发展 1
1.3国内外研究现状及发展趋势 1
第二章系统工作原理及总体构造 3
2.1跟踪方式的选择 3
2.1.1视日追踪 3
2.1.2光电追踪 3
2.2控制器的选择 4
2.3系统的组成及其工作原理 5
第三章 光线感应器的设计 8
3.1光线感应器的设计思路 8
3.2光线感应器的器件选型 9
3.3光线感应器的电路设计 12
3.3.1昼夜判断电路设计 12
3.3.2追踪系统电路设计 13
第四章 机械设计 14
4.1执行机构设计 14
4.2电机的选型 15
4.3小结 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第五章 系统设计 17
5.1软件设计 17
5.1.1主程序设计 17
5.1.2 PLC程序设计 18
5.2 硬件设计 20
5.2.1 PLC外部接线 20
5.2.2 电源选择 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究的目的
本课题研究一种PLC控制的太阳能追踪电气系统的设计，该装置能够自动追踪太阳的运动，从而保证太阳光能够直射在太阳能电池板表面，提高太阳能利用率。
1.2能源的现状及发展
能源是现代社会存在和发展的基石。人类社会经济不断的发展，人们对于能源的依赖也越来越大，但是化石燃料的总量是有限的，所以，在出现能源危机的今天，努力发展和系统的利用可再生能源已经在未来各国能源战略中越来越重要。现如今，人们对可持续能源的利用日益重视，如，太阳能、风能、水能、地热能等。可再生能源在整个能源消耗中所占的比重正在显著地升高。据不完全统计，到21世纪前，全球煤炭和石油的发电量每年增长1%，而太阳能发电每年增长达20%，风力发电的年增长率更是高达26%。【10】预计在未来10到15年内，可再生的清洁能源将能够与化石燃料分庭抗礼，从而结束化学燃料消耗占总能源大部分的局面。
在风能、太阳能、地热能、潮汐能等诸多可再生清洁能源中，很多研究者更青睐于太阳能。第一，太阳光具有普遍性：太阳光通过大气层漫射在地球各个角落，无论陆地还是高山，无论海洋还是沙漠，都处处皆有，只要存在阳光就可以可直接接收利用。第二，太阳能的无害性，太阳光是清洁能源，开发利用太阳能不会污染环境，在环境污染日益严重的情况下，这一点是极其重要的。并且太阳能对于人类而言具有无限性，世界已探明的煤炭储预计还可开采200年。而根据目前人们对太阳能能量的估算，氢的贮量足够维持数百亿年。
我国地处北半球，国土面积960万平方公里，土地辽阔。从南至北，自西至东，跨度都在5000km以上。这意味着我国有着丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m28400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。
1.3国内外研究现状及发展趋势
太阳光投射过大气层漫射到地球上，所以是一种密度低、空间分布不均匀的能源。所以太阳能的开发与利用就要求有更好的太阳能采集设备。尽管国内外学者相继研究出一系列的太阳能设备，如太阳能热水器、、太阳能电池、太阳能路灯等。但对于浩瀚的太阳能源来说，利用还远远不够，其中主要的因素是对太阳能的采集利用率不高。
目前，利用太阳能的方式很多,详见表11。
表11太阳能利用一览表
序号
利用方式
内容
1
太阳能发电
光伏发电
2
太阳能热利用
高温利用（>800℃）:高温太阳炉
中温利用（200一800℃）：太阳灶 太阳能热发电等
低温利用（<200℃）:太阳能热水器 海水淡化 太阳能暖棚等
3
太阳能动力利用
热气机一用于抽水和发电、光压转轮等
4
太阳能光化利用
光聚合、光分解等
5
太阳能生物利用
速生植物
6
太阳能光光利用
太空反光镜、太阳能激光器、光导照明等
美国学者，在20世纪末研制出了单轴太阳能跟踪器，成功完成了水平方向的自动跟踪,但水平方向只能手动调节。这种单轴跟踪器使太阳能电池板的热接受率提高了15%；之后一年，美国成功的研制出双轴太阳能跟踪器，使热接受率进一步提高。
近几年来，我国的不少专家学者也相继开始了太阳能追踪方向上的研究。现阶段国内外的追踪系统按轴数可分为单轴追踪和双轴追踪；按跟踪原理可分为视日轨迹追踪和光电追踪。
单轴追踪系统：根据公式计算的太阳方位或者根据光电传感器检测出太阳光线的角度变化，太阳能设备的太阳能电池板绕转轴作俯仰或者水平转动跟踪。采用这种跟踪方式，一天之中只有在中午太阳光与电池板相垂直，这样总体跟踪后的功率提升率较小。这种跟踪装置的优点是结构简单,但是由于太阳光不能一直和太阳能设备的电池板垂直，提升太阳能接收率的效果并不理想。
双轴追踪系统：双轴跟踪分为极轴式跟踪和高度角－方位角式跟踪。极轴式跟踪理论构想较为简单，但其机械支撑装置不容易设计实现，因此此种追踪方式并没有被广泛采纳。相比之下，高度角－方位角式太阳跟踪系统结构简单，理论依据完善，机械装置容易实现，同时跟踪精度高。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的 1
1.2能源的现状及发展 1
1.3国内外研究现状及发展趋势 1
第二章系统工作原理及总体构造 3
2.1跟踪方式的选择 3
2.1.1视日追踪 3
2.1.2光电追踪 3
2.2控制器的选择 4
2.3系统的组成及其工作原理 5
第三章 光线感应器的设计 8
3.1光线感应器的设计思路 8
3.2光线感应器的器件选型 9
3.3光线感应器的电路设计 12
3.3.1昼夜判断电路设计 12
3.3.2追踪系统电路设计 13
第四章 机械设计 14
4.1执行机构设计 14
4.2电机的选型 15
4.3小结 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第五章 系统设计 17
5.1软件设计 17
5.1.1主程序设计 17
5.1.2 PLC程序设计 18
5.2 硬件设计 20
5.2.1 PLC外部接线 20
5.2.2 电源选择 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究的目的
本课题研究一种PLC控制的太阳能追踪电气系统的设计，该装置能够自动追踪太阳的运动，从而保证太阳光能够直射在太阳能电池板表面，提高太阳能利用率。
1.2能源的现状及发展
能源是现代社会存在和发展的基石。人类社会经济不断的发展，人们对于能源的依赖也越来越大，但是化石燃料的总量是有限的，所以，在出现能源危机的今天，努力发展和系统的利用可再生能源已经在未来各国能源战略中越来越重要。现如今，人们对可持续能源的利用日益重视，如，太阳能、风能、水能、地热能等。可再生能源在整个能源消耗中所占的比重正在显著地升高。据不完全统计，到21世纪前，全球煤炭和石油的发电量每年增长1%，而太阳能发电每年增长达20%，风力发电的年增长率更是高达26%。【10】预计在未来10到15年内，可再生的清洁能源将能够与化石燃料分庭抗礼，从而结束化学燃料消耗占总能源大部分的局面。
在风能、太阳能、地热能、潮汐能等诸多可再生清洁能源中，很多研究者更青睐于太阳能。第一，太阳光具有普遍性：太阳光通过大气层漫射在地球各个角落，无论陆地还是高山，无论海洋还是沙漠，都处处皆有，只要存在阳光就可以可直接接收利用。第二，太阳能的无害性，太阳光是清洁能源，开发利用太阳能不会污染环境，在环境污染日益严重的情况下，这一点是极其重要的。并且太阳能对于人类而言具有无限性，世界已探明的煤炭储预计还可开采200年。而根据目前人们对太阳能能量的估算，氢的贮量足够维持数百亿年。
我国地处北半球，国土面积960万平方公里，土地辽阔。从南至北，自西至东，跨度都在5000km以上。这意味着我国有着丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m28400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。
1.3国内外研究现状及发展趋势
太阳光投射过大气层漫射到地球上，所以是一种密度低、空间分布不均匀的能源。所以太阳能的开发与利用就要求有更好的太阳能采集设备。尽管国内外学者相继研究出一系列的太阳能设备，如太阳能热水器、、太阳能电池、太阳能路灯等。但对于浩瀚的太阳能源来说，利用还远远不够，其中主要的因素是对太阳能的采集利用率不高。
目前，利用太阳能的方式很多,详见表11。
表11太阳能利用一览表
序号
利用方式
内容
1
太阳能发电
光伏发电
2
太阳能热利用
高温利用（>800℃）:高温太阳炉
中温利用（200一800℃）：太阳灶 太阳能热发电等
低温利用（<200℃）:太阳能热水器 海水淡化 太阳能暖棚等
3
太阳能动力利用
热气机一用于抽水和发电、光压转轮等
4
太阳能光化利用
光聚合、光分解等
5
太阳能生物利用
速生植物
6
太阳能光光利用
太空反光镜、太阳能激光器、光导照明等
美国学者，在20世纪末研制出了单轴太阳能跟踪器，成功完成了水平方向的自动跟踪,但水平方向只能手动调节。这种单轴跟踪器使太阳能电池板的热接受率提高了15%；之后一年，美国成功的研制出双轴太阳能跟踪器，使热接受率进一步提高。
近几年来，我国的不少专家学者也相继开始了太阳能追踪方向上的研究。现阶段国内外的追踪系统按轴数可分为单轴追踪和双轴追踪；按跟踪原理可分为视日轨迹追踪和光电追踪。
单轴追踪系统：根据公式计算的太阳方位或者根据光电传感器检测出太阳光线的角度变化，太阳能设备的太阳能电池板绕转轴作俯仰或者水平转动跟踪。采用这种跟踪方式，一天之中只有在中午太阳光与电池板相垂直，这样总体跟踪后的功率提升率较小。这种跟踪装置的优点是结构简单,但是由于太阳光不能一直和太阳能设备的电池板垂直，提升太阳能接收率的效果并不理想。
双轴追踪系统：双轴跟踪分为极轴式跟踪和高度角－方位角式跟踪。极轴式跟踪理论构想较为简单，但其机械支撑装置不容易设计实现，因此此种追踪方式并没有被广泛采纳。相比之下，高度角－方位角式太阳跟踪系统结构简单，理论依据完善，机械装置容易实现，同时跟踪精度高。
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