摘 要

太阳能具有绿色环保、无污染、不枯竭且没有地域限制等优点,但也存在能流密度低、造价昂贵、空间分布不均匀的缺点,对使用效率产生一定影响，太阳能聚光发电技术不仅能克服上述缺点,而且可以大幅提高系统发电效率并且降低系统成本,目前已成为新能源技术的重要研究课题。在聚光发电系统中,太阳跟踪的精确性是影响发电系统效率的重要因素,因此实时监测太阳跟踪器的跟踪精确性,对研制高精度太阳跟踪器,促进聚光发电技术的发展具有重要的意义。本论文釆用光电四象限传感器研制了一套太阳跟踪精度实时检测装置,并进行了系统实验研究。本论文介绍了四象限传感器确定光斑位置的工作原理，以此来确定光的偏转角，然后分析了各种光斑位置理论计算方法与位置校正补偿算法：根据光斑半径对四象限传感器输出的影响，优化光斑理论设计半径。通过跟踪精度检测系统的实验研究,表明该检测系统具有较高的分辨率和检测精度。论文在前述理论的基础上设计了控制程序，通过验结果表明系统具有较好的的稳定性,对太阳跟踪器在线实时检测实验表明:本文设计的太阳跟踪精度检测系统能够实时准确的反映太阳跟踪器的实时跟踪情况,并可根据跟踪精度的变化对太阳跟踪器设置参数进行优化,提高发电效率。

关键词:太阳跟踪精度；聚光光伏发电；四象限传感器

Abstract

Solar energy is green environmental protection, no pollution, no exhaustion and no geographical restrictions, and other advantages, but there are also energy flow density low, expensive and spatial distribution of the shortcomings of uneven, the use efficiency produced certain influence, solar power generation technology can not only overcome the shortcomings mentioned above, and can significantly improve the power generation efficiency of the system and reduce the system cost, at present has become an important research topic in the new energy technology. In concentrating power generation system, the sun tracking accuracy is an important factor affecting the efficiency of power system, so real-time monitoring of solar tracker tracking accuracy, for research and development of solar tracker with high accuracy, promote development of concentrating power generation technology has important significance. In this paper, a set of solar tracking precision real-time detection device is developed based on four quadrant photoelectric sensor, and the system experiment is carried out. This paper introduces the four quadrants sensors to determine the working principle of the spot position, in order to determine the light deflection angle, and then analysis the various theories of the spot position calculating method and position correction compensation algorithm: according to the influence of the radius of four quadrant sensor output, to optimize the radius of facula design theory. Through the experimental study of tracking precision detection system, it shows that the detection system has high resolution and detection accuracy. The foregoing theory based on Design of the control program, through the experimental results show that the system has good stability and of sun tracker online real-time detection experiments show that the design of sun tracking precision detection system can accurately reflected the sun tracker real-time tracking, and according to change of the tracking accuracy of the sun tracker setting parameters were optimized, improve the efficiency of power generation.

Key Words：Solar tracking accuracy；HCPV；Four quadrant sensor

目录

摘要………………………………………………………………………………………………..I

Abstract…………………………………………………………………………………………...II

目录……………………………………………………………………………………………...III

第1章 绪论………………………………………………………………………………………1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外发展现状 2

1.2.1国内发展现状 2

1.2.2国外发展现状 3

1.3.1设计（论文）主要内容： 4

1.3.2完成的主要任务及要求： 5

第二章 四象限传感器的工作原理和计算方法………………………………………………...6

2.1四象限光电池的基本工作原理 6

2.1.1光电池工作原理 6

2.1.2光电池特性 7

2.2四象限传感器几种算法的分析^[12] 9

2.3.1四象限传感器的传统算法^[13] 11

2.2.2四象限传感器的迭代算法^[14] 12

2.2.3四象限传感器的误差补偿算法 16

本章小结 18

第三章 太阳跟踪偏差检测装置的设计……………………………………………………….19

3.1光斑的优化设计 19

3.1.1 光斑直径小于四象限传感器半径 19

3.1.2 光斑直径大于四象限传感器半径 19

3.1.3 光斑直径等于四象限传感器半径 20

3.2 偏差检测装置 21

第4章 单片机数据采集电路的设计………………………………………………………….22

4.1 模拟信号电路 22

4.2 单片机介绍 23

4.3 数字信号电路和PCB设计 25

4.3.1 数字信号电路设计 25

4.3.2 PCB设计 30

4.4总体电路程序设计 30

4.5 实验结果分析 39

第5章 结论与展……………………………………………………………………………….40

参考文献………………………………………………………………………………………...41

致谢……………………………………………………………………………………………...42

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着工业产业的发展和社会的进步，当前世界对于能源的需求逐年增加，当前世界能源结构中石油、煤炭、天然气等基本占有了能源市场，然而随着这些不可再生资源的迅速消耗，人们对于新能源的需求也日益增加，同时化石能源的大量开采以及使用是造成当时地球环境恶化的主要因素之一，对地球的生态环境造成了恶劣的影响，如燃烧化石能源产生的大量二氧化硫、二氧化碳分别导致了酸雨、温室效应等环境问题，因此，寻求无污染、可再生的新能源迫在眉睫。因此，寻找一种可再生的清洁能源是全球各国亟待解决的问题，各国共同制定了《联合国气候变化纲要公式》、《京都议定书》等^[1.2]

太阳能是一种以光与热的形式体现的能源。它是一种清洁、可再生的、无污染的被广泛使用的新型能源。由于科技水平的限制，只有很小比例的太阳能能得到有效地开发和利用。所以虽然作为新能源，其有着无污染、可再生等其他传统能源无法比拟的有点，但是还达不到一个可主要能源的标准。目前已知的太阳能优缺点主要有以下几点：