光伏板追日自动调节控制系统的设计

论文总字数：12504字

摘 要

太阳能发电是最具发展潜力的可再生清洁能源，具有普遍性、无污染性、巨大性、长久性等优点。大多数太阳能发电装置不能根据太阳的移动调节光伏板角度，所以发电效率低、受天气因素影响大。因此，光伏板追日自动调节控制系统的研究很有价值。本课题主要是设计出一个基于PLC的光伏板追日自动调节控制系统，能够实现光伏板追日并且大大提高转换率。

关键词：太阳能发电；光伏板；自动调节；PLC

Automatic regulation and control system of photovoltaic panel

Abstract

Solar power generation is the most potential renewable clean energy with the advantages of universality, pollution-free, huge and long-term. Most solar power generation devices can not adjust the angle of photovoltaic panel according to the movement of the sun, so the power generation efficiency is low and greatly affected by weather factors. Therefore, the research on the automatic regulation and control system of photovoltaic panels is of great value. The main task of this project is to design an automatic control system based on PLC, which can realize the solar tracing and greatly improve the conversion rate.

Keywords: Solar power generation; Photovoltaic panels; Automatic adjustment; PLC

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2课题意义 1

1.3光伏板追日自动调节控制系统的发展现状与前景 1

1.4课题主要研究内容 2

第二章 光伏板追日自动调节控制系统总体方案 3

2.1系统总体设计 3

2.2系统设计原理 3

2.3系统设计方案 4

第三章 光伏板追日自动调节控制系统硬件设计 5

3.1控制模块 5

3.2检测模块 7

3.3执行模块 8

第四章 光伏板追日自动调节控制系统软件设计 10

4.1程序流程设计 10

4.2程序设计 11

第五章 光伏板追日自动调节系统仿真结果 24

5.1自动模式检测 24

5.2手动模式检测 26

第六章 总结与展望 30

致谢 31

参考文献 32

第一章 绪论

1.1课题研究背景

太阳能是最具发展潜力的可再生清洁能源，无穷无尽。目前，太阳能光伏发电和太阳能光热发电的应用范围非常广，生活中处处可见太阳能充电设备。光伏发电可以直接将太阳辐射转化为电能，转换过程绿色环保，没有任何污染产生，应用领域广泛。光伏发电在提倡绿色能源的现代应用前景非常广。随着光伏发电成本的下降，如何获得最高的收益率成为了各大发电企业的关注重点。

追日跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，与固定式相比，追日跟踪系统将增加大于35%的太阳辐射接收量，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率^[1]。追日跟踪系统虽已应用于市场，但是其仍然存在一些问题，如发电效率低、成本较高、受天气因素影响大等。因此，光伏板追日自动调节控制系统的研究很有价值。

1.2课题意义

随着社会现代化的步伐不断加快，能源的进步，世界各国对能源的消费和需求不断增加，能源的开发也越来越激烈。可再生与环境问题越来越严重，如果这些问题仍然不被重视，能源危机迫在眉睫，人类文明将止步不前，战争在所难免。因此，能源危机现在不仅仅是当今世界关注的热点问题，还已经成为了各国发展的焦点问题了^[2]。

世界各国应重视可持续发展，致力于挖掘出可再生能源并将其合理运用，逐步放弃矿物原料的消耗，保护世界生态文明。其中具有独特优势的太阳能具有能源巨大，接收面广，供应几乎无时间限制，具有广阔的开发前景，在人类能源科学尚未出现突破性进展的前提下，这几乎就是最最绿色有效的能源了 ^[3] 。

太阳能是一种空间分布不断变化的低密度、间断性能源，因此，如何提高太阳能的利用率非常有研究意义。提高太阳能装置发电效率的途径主要有：第一，提高太阳能装置本身的转换率；第二，提高太阳能的接收效率。本文主要研究后者，实现光伏板追日自动调节。

1.3光伏板追日自动调节控制系统的发展现状与前景

我国有着十分丰富的太阳能资源，但是我国对太阳能的利用还远远不足，只能说我国在光伏发电领域还处于起步阶段。我国十分重视光伏发电产业，制定了一系列政策来促进光伏发电的发展。在光伏发电领域上做的比较好的是一些发达国家，如美国、日本等。目前世界上太阳能电池板的转换效率最高也只有30%，而国内使用的转换效率大都在20%左右^[4]。

在自动调节控制系统中，常见的跟踪装置的控制系统主要分为：光强跟踪方式、时角跟踪方式、用户程序跟踪方式；而跟踪支架主要分为单轴跟踪及双轴跟踪^[5]。现有的追日自动调节控制系统还不够完善，存在一些问题，如适应性差、成本高等，而跟踪太阳需要按照实际地理位置及天气情况来不断调整、适应。

目前，混合跟踪在自动跟踪控制系统中的实现尚需研究。程控 GPS控制方式更是追日跟踪系统研究领域的一个新尝试，应用前景广阔，是未来太阳跟踪控制技术研究的一种新的探索思路，是未来太阳跟踪控制系统发展的主流趋势。但是，现在这种混合控制方式尚未成熟，研究显著迫切^[6]。

1.4课题主要研究内容

本课题主要是设计出一个基于PLC的光伏板追日自动调节控制系统，能够实现光伏板追日提高转换率。该系统可以根据太阳东升西落的运动轨迹，实时定位太阳的位置，控制电机转动使太阳能电池板始终保持与太阳光线垂直；本设计从实用性、可行性、简易性出发，模拟现实中的光伏板追日自动调节。首先，本课题对光伏板追日自动调节控制系统提出总体方案，再对各模块进行分析设计；其次，根据方案所需要达到的效果用TIA Portal进行软件设计；最后，进行仿真设计并测试，分析对比后得出结论。

第二章 光伏板追日自动调节控制系统总体方案

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