喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 翻譯部分 英文原文 中文翻譯 基于嵌入式控制的太陽能跟蹤器的設(shè)計(jì)、制造與性能測(cè)設(shè) 摘要 本文介紹了光伏電池板太陽能跟蹤器系統(tǒng)的發(fā)展歷程。該系統(tǒng)由一個(gè)基于嵌入式控制的微控制器制作而成。該系統(tǒng)存儲(chǔ)有太陽光線水平方向角度的數(shù)據(jù)，因此不需要傳感器進(jìn)行信號(hào)的輸入，是一個(gè)典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。以上所提到得特點(diǎn)表明該跟蹤系統(tǒng)是一種主動(dòng)式的新技術(shù)，也是具有一維自由度的旋轉(zhuǎn)式機(jī)器人。 1、介紹 2000年的時(shí)候，來自聯(lián)合國各個(gè)國家的領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)未來的世界進(jìn)行了美好的展望，他們共同提出了八項(xiàng)千年發(fā)展目標(biāo)的雛形。這些目標(biāo)給世界各國提供了發(fā)展的構(gòu)架和時(shí)間上的限制，以此來衡量各國所取得的進(jìn)步。 其中第七項(xiàng)目標(biāo)是：確保環(huán)境的可持續(xù)性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，各國應(yīng)該將可持續(xù)發(fā)展的原則與國家的政策項(xiàng)目相結(jié)合，扭轉(zhuǎn)環(huán)境資源流失的局面。這與控制森林毀壞，臭氧層保護(hù)，二氧化碳排放量的減少等是相關(guān)的。 根據(jù)這一目標(biāo)，并考慮能源枯竭和全球變暖趨勢(shì)，建立一個(gè)促進(jìn)和提高可持續(xù)能源供應(yīng)系統(tǒng)勢(shì)在必行。 為工業(yè)發(fā)展持續(xù)提供能源的良好能源系統(tǒng)必須具備以下特點(diǎn)： ?全年持續(xù)不斷的能量供應(yīng); ?高可靠性，較少的維護(hù)次數(shù); ?低廉的建造和運(yùn)營成本; ?不存在對(duì)環(huán)境的影響; ?在規(guī)模和運(yùn)用上的靈活性; ?較高的可觀賞性。 太陽能發(fā)電系統(tǒng)，也稱為光伏（PV）系統(tǒng)滿足了所有的這些特點(diǎn)，這也就是為什么位于南北緯45°范圍內(nèi)——在該范圍內(nèi)太陽能的資源非常的豐富——的國家?guī)缀跞甓荚谑褂锰柲苜Y源，例如圖一所示的墨西哥的太陽能能源。 為了使一天之內(nèi)的太陽能量供應(yīng)幾乎保持不變，必須要使太陽能光伏板的水平方向角在一天之內(nèi)跟隨著太陽的軌跡運(yùn)動(dòng)，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)太陽能跟蹤系統(tǒng)。太陽能跟蹤器提高了太陽能由熱能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換效率。 本文從太陽能電池板跟蹤器的說明書起草，設(shè)計(jì)，制造，集成測(cè)試和運(yùn)用的各個(gè)階段進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 1.1太陽能電池板 太陽能電池單元（光伏電池）大多數(shù)由單結(jié)晶硅組成，單晶硅片呈長方形，通常四個(gè)角被修剪，形成一個(gè)不規(guī)則的八面體稱為晶圓。一個(gè)單獨(dú)的太陽能電池單元的功率通常在1至2瓦之間。光伏模塊是由光伏電池單元串聯(lián)，放在一個(gè)0.5至1平方米的鋁制框架中，該光伏模塊的發(fā)電功率在50至100w之間。 1.2太陽能跟蹤器分類 太陽能跟蹤器主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類型。被動(dòng)式跟蹤器利用太陽能量加熱低沸點(diǎn)的壓縮氣體，在兩邊太陽光照不同時(shí)，利用其熱量不同產(chǎn)生的不平衡壓差來驅(qū)動(dòng)太陽能電池板轉(zhuǎn)向一側(cè)。主動(dòng)式跟蹤器使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（馬達(dá)和輪系）來驅(qū)動(dòng)光伏陣列，該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由響應(yīng)太陽光線的角度的控制器控制。 太陽能跟蹤器可能是單軸（主動(dòng)或被動(dòng)）或（主動(dòng)式）雙軸形式。單軸跟蹤器通常會(huì)在常年轉(zhuǎn)動(dòng)的方向軸上安裝有手動(dòng)高度調(diào)節(jié)裝置。見圖3和圖4所示。 1.3光伏陣列的基本結(jié)構(gòu) 承載光伏陣列的機(jī)械支架一定要保證在強(qiáng)風(fēng)的條件下依舊保持正確的位置。常見的形式是一個(gè)垂直支柱連接一個(gè)根據(jù)跟蹤器的軸數(shù)確定的光伏陣列支架。 2太陽能跟蹤器的發(fā)展 2.1太陽能跟蹤器的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 跟蹤器的設(shè)計(jì)是基于以下標(biāo)準(zhǔn)： ?成本低; ?易維護(hù); ?模塊化; ?符合技術(shù)規(guī)范; ?易于在不同的位置作出調(diào)整。 根據(jù)相似商業(yè)設(shè)備和光伏陣列實(shí)驗(yàn)設(shè)施得到的技術(shù)規(guī)范如下： ?每日自動(dòng)跟蹤的水平角度為130°; ?一年的高度角變化范圍為47° ?在120公里/小時(shí)的最大風(fēng)速下，依舊可以安全運(yùn)行并且維持原有位置不變; ?在每天運(yùn)行的最少八小時(shí)內(nèi)，光伏陣列和太陽光線的累積差異角度不超過10°； ?每天的能量消耗要低于發(fā)電量的5%。 2.2太陽能跟蹤器類型的選擇 根據(jù)以上規(guī)范，并基于太陽能跟蹤器的評(píng)價(jià)，我們選用無傳感器的主動(dòng)式開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.3太陽能跟蹤器的一般設(shè)計(jì) 圖5所示為跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成圖。該系統(tǒng)的核心部分是嵌入式控制系統(tǒng)板——它作為一個(gè)軟件程序微控制器（數(shù)據(jù)文件，時(shí)間，執(zhí)行器位置和控制信號(hào)計(jì)算結(jié)果的讀取），另外還有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和時(shí)鐘電池。 控制器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)和簧式傳感器反饋的型號(hào)作為該信號(hào)板的輸入輸出信號(hào)。 電源取自光伏陣列，并且使用電池或電容器進(jìn)行能量的補(bǔ)充。 2.4太陽能跟蹤器的軟件設(shè)置 因?yàn)樵诳刂朴布镞M(jìn)行關(guān)于方向角的三角函數(shù)的運(yùn)算非常困難，所以將太陽在運(yùn)行的八個(gè)小時(shí)里的每小時(shí)移動(dòng)的角度視為常數(shù)，可以算得這一常數(shù)為15°，將算得的結(jié)果輸入到微控制器的內(nèi)存中。因此，跟蹤器就可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐木暥龋瑫r(shí)間和日期算得太陽的位置，并且以此對(duì)光伏陣列每十五分鐘進(jìn)行一次角度的調(diào)整（這次期間，太陽的角度變化小于3°）。 2.5光伏陣列的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 光伏陣列由兩塊太陽能電池板組成，放置在對(duì)稱結(jié)構(gòu)的支架上（對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以使得兩邊重量平衡），在支架的中間位置有一根旋轉(zhuǎn)軸，通過軸的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)方位角。 2.6方位角算法 圖8所示為太陽從日出到日落時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行軌跡，該運(yùn)行軌跡在空間中相對(duì)于確定位置和日期的觀察者呈一曲線。 為了確定太陽在某一日期，時(shí)間，地點(diǎn)的具體位置，必須首先知道太陽每時(shí)刻相對(duì)于水平面的高度角或者說是俯仰角，以及太陽的方位角。方位角的測(cè)量可以采用從南到西的方向?yàn)檎ɡ珥樦羔樂较颍? 通過上述的兩個(gè)角度和高度，可以確定空間中的任何一個(gè)點(diǎn)。如在衛(wèi)星天線安裝，方向角是兩個(gè)坐標(biāo)之一，另一個(gè)是海拔。 為了確定這些角度，首先要確定赤緯角δ。地球中心與太陽中心的連線與地球赤道平面的夾角稱為赤緯角，赤緯角是一個(gè)變量，其計(jì)算公式如下： 其中，n為從每年的一月一號(hào)算起的天數(shù)。 太陽時(shí)角是當(dāng)?shù)卣缗c某具體時(shí)間所處的夾角，其具體計(jì)算公式如下： H=（12-hour of reference）x 15° 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，我們可以計(jì)算得到的太陽高度角α： 其中φ為當(dāng)?shù)鼐暥取? 方位角θ為： 然而，當(dāng)?shù)氐牡剌S傾斜度決定了白天和晚上的時(shí)間，在一年中這一傾斜度隨著時(shí)間的變化而變化，這就是著名的太陽時(shí)間。 在太陽時(shí)和時(shí)鐘顯示的時(shí)刻之間有一偏差t，其計(jì)算公式如下： 其中，X是偏離角，由下列公式計(jì)算： 根據(jù)從本初或者國際子午線算得的經(jīng)度λ，可以計(jì)算得到當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)時(shí)間。 該地的經(jīng)度由以下公式計(jì)算得到： λ=（φ—prime meridian）/15° 墨西哥中央地區(qū)的經(jīng)度為西經(jīng)90°，所以當(dāng)?shù)氐奶枙r(shí)為： 為當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘顯示的時(shí)間。 3 制造與集成 這個(gè)項(xiàng)目中光伏陣列由兩個(gè)組件組成，均為50瓦的額定功率，面積為0.45平方米，重量為52牛頓，即5.2千克，機(jī)械結(jié)構(gòu)由CAD軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于方位角的控制，由一個(gè)最大位移為46cm的電動(dòng)馬達(dá)執(zhí)行，馬達(dá)上安裝有脈沖頻率為11的簧式傳感器。 控制器的選擇需要綜合考慮內(nèi)存的大小，速度，輸入輸出口的數(shù)量，與輸入的電壓的大小，在此我們選用PIC16F877A作為控制器。 電子板的設(shè)計(jì)包括軟件程序，微控制器代碼的仿真。 將電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成在已經(jīng)制作好的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，并且進(jìn)行了方位角自由運(yùn)動(dòng)的測(cè)試。 同時(shí)跟蹤器的電子控制線路也已經(jīng)制作完成，并進(jìn)行了性能的測(cè)試。 4性能測(cè)試和試驗(yàn)結(jié)果 我們進(jìn)行了以下數(shù)據(jù)的測(cè)量，得到了需要的數(shù)據(jù)： 1. 一天內(nèi)的跟蹤精度； 2. 跟蹤系統(tǒng)的能耗； 3. 跟蹤后產(chǎn)生電能的增量。 為了測(cè)試跟蹤精度，在一張紙上畫上了一系列的同心圓，并在圓心處固定主軸。 從圖11中我們可以看到，在跟蹤時(shí)間段內(nèi)的角度誤差始終限制在準(zhǔn)則的技術(shù)要求內(nèi)（小于5°）。在16點(diǎn)之后角度誤差的增大，是因?yàn)榇藭r(shí)跟蹤器停止工作，控制器控制電池板返回到第二天開始工作的起始方位。 測(cè)量跟蹤器的能耗的一種方法是估算電動(dòng)馬達(dá)的電壓和電流值。 為了測(cè)算跟蹤式太陽能光伏板比固定式光伏板多產(chǎn)生的能量，可以將一個(gè)常阻值電阻器連接到發(fā)電器的終端，然后測(cè)量電阻上的電壓和電流值，根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)便可以計(jì)算出跟蹤式光伏板多產(chǎn)生的能量。 圖12所示為跟蹤式光伏陣列和固定式光伏陣列產(chǎn)生的能量曲線，曲線的高度差表示能量的增加量。這個(gè)結(jié)果非常的重要，也是我們所希望的結(jié)果。 圖12所示在17點(diǎn)的時(shí)候，跟蹤式和固定式太陽能發(fā)電裝置所發(fā)電量相同，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在上文已經(jīng)得到解釋，就是因?yàn)?6點(diǎn)的時(shí)候跟蹤器停止跟蹤，并且返回到初始位置。此時(shí)跟蹤器不再運(yùn)動(dòng)，所以也沒有能量的消耗。 5結(jié)論和致謝 太陽能跟蹤器的設(shè)計(jì)，制造和測(cè)試表明其有很多商業(yè)價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)——便攜性，不同地點(diǎn)的可編程性，較少的組成部分和高可靠性?？梢栽谔柲芨櫰魃习惭b更多的功能，例如檢測(cè)模塊（在學(xué)術(shù)或研究機(jī)構(gòu)中很受歡迎）。將太陽光伏陣列跟蹤器的低成本微控制器與之前計(jì)算得到的太陽位置文件數(shù)據(jù)相結(jié)合的控制器很不常見，我們沒有找到任何關(guān)于此的參考文獻(xiàn)。 該跟蹤系統(tǒng)也表現(xiàn)出了一些優(yōu)于閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1. 該跟蹤系統(tǒng)并沒有受到電池板安裝地理位置的限制，因?yàn)樵诎滋旃ぷ鲿r(shí)間段里，它是追蹤方向角上最大的太陽能照射。不過電池板的高度角需要通過手工來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2. 跟蹤器不會(huì)受到由于雨水，云彩，煙霧等引起的光線折射導(dǎo)致的暫時(shí)的不穩(wěn)定。因此，該系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)給出太陽的正確位置，并且控制電池板根據(jù)太陽位置來運(yùn)動(dòng)。