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基于SolidWorks的光伏自动跟踪平台的研究与设计

发表时间: 2018/1/18 作者: 姚达雯*周国平 来源: 互联网
介绍了一种模拟太阳光源和光伏跟踪系统相结合的智能控制平台。基于数据分析软件origin搭建地平坐标系下的太阳运行坐标轨迹,采用SolidWorks进行平台的三维建模与仿真,通过以微控制器STC12C5A60S2为核心的低功耗控制电路实现模拟太阳的运行控制和太阳能板的双轴跟踪。经过对平台的制作加工和测试,高度角和方位角的误差在4°以内,光伏跟踪的效果理想,系统工作稳定。
 

引言

    太阳能凭借其清洁、环保和无限性,成为当今新能源中最具有代表性的一种。事实上,光伏发电的发展与普及仍然面临着太阳能转换率低这一问题。据理论分析表明,太阳的跟踪与非跟踪,能量的接收率相差37.7%,这也是为何现今投入使用的太阳能发电系统大多采取了光伏跟踪措施的原因。本设计在研究了太阳日行角度变化和光伏跟踪的控制方式的前提下,搭建了模拟太阳光源和光伏跟踪系统相结合的智能控制平台。为光伏发电系统提供了前端设计模型,也为光伏教学实验提供了直观的智能控制平台。

1 模拟太阳设计

1.1 光源的选择

    在国内外的模拟太阳光源试验中,研究人员所采用的最常见也最易获取的有镝灯、卤钨灯、氙灯、LED灯这四种。结合四种光源的优缺点比较,最终选择卤钨灯作为模拟太阳的光源。主要考虑光源需要安装在转动的机械轨道上,根据力矩的有限性,选择体积轻便的卤钨灯,便于安装和操作。并且卤钨灯具有性价比高、便于实验室环境下的光强调节等优点。

1.2 太阳运行轨迹分析

    在进行太阳运行轨迹计算时,采用地平坐标系作为基准坐标系。基本圈是地平圈,即太阳能板所在的真地平,原点为南点。在地平坐标系上用高度角h和方位角A表示天体的位置:

    1

    式中:n为一年中的第几天。已知南京地区的地理纬度为北纬32.04°,日期选择一年中最具代表性的春分、夏至、秋分、冬至4天。这4天所对应的太阳赤纬角见表1。

    表1 春分、夏至、秋分、冬至太阳赤纬角

    2

    太阳时角可以通过式(4)来运算:

    3

    要模拟太阳白天的运行轨迹,还需要知道一天内的日照时间。已知在日出和日落时,太阳高度角为0°,取春秋分日δ为0°,代人式(1)得到ω=±90°,t取6和l8,即Et照时间为上午6:00到傍晚18:00。因此,横坐标时间t可以取上午6:00到l8:00的整点时刻。

    将计算得到的整点高度角、方位角录入到Origin表格中,得到春分,夏至,秋分,冬至四天的高度角拟合曲线和方位角拟合曲线分别如图1、图2所示。

    4

 




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责任编辑:郝秋红