折叠式太阳能电池板追光系统的设计.doc
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1、 编号: 毕业论文(设计)题 目 折叠式太阳能电池板追光系统的设计指导教师 王志坤学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化教学单位 德州学院机电工程学院 (盖章) 二O一四年五月五日德州学院毕业论文(设计)开题报告书2014年 01月 17日院(系)机电工程学院xueyuan xueyuan专 业机械设计制造及其自动化姓 名学 号论文(设计)题目折叠式太阳能电池板追光系统的设计一、选题目的和意义 随着经济的发展,化石能源不断较少,环境污染越来越严重,太阳能电动自行车的研究与设计已经成为发展的趋势,大力发展太阳能电动车有着重大的意义。与此同时,人们对电动车的品质要求也越来越高。目前市场上
2、的电动车的车把比较单一,骑车久了容易产生疲劳。如果研究一种像汽车方向盘一样的车把,结合舒适的座椅将大大提高骑车的舒适性,减少人们的疲劳。所以装有汽车方向盘似的车把的太阳能电动自行车有着环保节能舒适性高等诸多优点。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势目前,关于电动自行车研究的研究热点主要集中在技术、驱动技术、控制技术、电池充电和能量回收技术等领域,并且取得了很大的成绩。关于车架的结构优化设计方面则鲜有系统的文献报道,文献数量少,有很多地方需要进一步探讨,做更深入的研究。进一步优化车体的结构将成为主要的研究课题。所以研究一种新型的电动车车把有着很高的必要性,装有汽车方向盘似的太阳能电动自行车以其
3、更高的舒适性将赢得广阔的市场。三、课题设计方案 本文是关于太阳电池板(以下统称电池板)的设计,对于传动装置精度的要求比较高;电池板的设计尽量重量要轻,以便轻松安装。在设计过程中同时也要注意提高装配精度,精度不高会造成不必要摩擦,造成噪声和能量损失。本文立足实现电池板高效的同时注重提高机械传动系统精度,能保证电池板的长期使用。四、计划进度安排 2014.01.05-2014.01.30 确定课题的研究方向,写好开题报告。2014.03.20-2014.04.01 根据自己的研究方向收集资料,询问指导老师。2014.04.02-2014.04.06 通过自己收集的资料及指导老师的指导列一个提纲。2
4、014.04.07-2014.04.13 通过自己整理的资料、老师的指导及创新思路写一篇草稿论文,写 完后交给老师审阅。 2014.04.14-2014.04.18 根据老师的指导修改论文,并交给老师检阅发现不足处完善。2014.04.19-2014.04.22 根据修改后的草稿论文按照模板写正式论文。2014.04.23-2014.04.26 写完论文后和指导老师一起修改完善至完美。准备答辩。五、主要参考文献1禹天福.胶体推进剂的研究与应用J.导弹与航天运载技术,2002,7080.2董振利.基于DSP与dspic的数字式太阳能电池阵列模拟器研究D.合肥:合肥工业 大学,2000,80100
5、.3王培荣. 太阳能自行车的追光分析研究D.山东大学,2009,90100.4张惠军. 科氏力质量流量计在凝胶推进剂火箭发动机试车中的应用J.火箭推进, 2006,5566.5郭文川 刘兴林 太阳能电池板自动追光系统的研究实验技术与管理J,2010, 1525. 6赵玉文.太阳能光伏技术的发展概况。第五届全国光伏技术学术研讨会论文集J,1998. 2030.指导教师意见及建议: 签名 年 月 日教学单位领导小组审批意见: 组长签名: 年 月 日德州学院毕业论文(设计)中期检查表院(系):机电工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 2014年 03 月 26 日毕业论文(设计)题目:折叠式太阳能
6、电池板追光系统的设计学生姓名学 号指导教师王志坤职 称讲师计划完成时间: 2014 年4 月 26日 毕业论文(设计)的进度计划:2014.01.01-2014.01.30 确定课题的研究方向,写好开题报告。2014.03.20-2014.04.01 根据自己的研究方向收集资料,询问指导老师。2014.04.02-2014.04.06 通过自己收集的资料及指导老师的指导列一个提纲。2014.04.07-2014.04.13 通过自己整理的资料、老师的指导及创新思路写一篇草稿论文,写完后 交给老师审阅。2014.04.14-2014.04.18 根据老师的指导修改论文,并交给老师检阅发现不足处完
7、善。2014.04.19-2014.04.22 根据修改后的草稿论文按照模板写正式论文。2014.04.23-2014.04.26 写完论文后和指导老师一起修改完善至完美。准备答辩。完成情况:到现在为止,通过自己查阅相关资料和老师的悉心指导,论文已基本完成。指导教师评议: 评议人: 年 月 日备注: 目录摘要及关键词11 引言11.1 选题的目的和意义11.2国内外研究现状.12 追光系统的硬件设计3 2.1 硬件系统的整体设计思路32.2 ARM920T控制器32.3太阳能电池板和液晶触摸屏32.4 PSD选型52.5追光系统机械机构设计及整体电机选型53追光系统控制电路设计64追光系统软件
8、设计65折叠式设计65.1折叠的必要性75.2方案的提出85.3折叠式设计方案 116结论 12参考文献13致谢15折叠式太阳能电池板追光系统的设计(德州学院机电工程学院 山东德州 )摘 要:为了达到提高太阳能电池板的工作效率的目的,设计了一种基于ARM920T的折叠式太阳能电池板自动追光系统地太阳能电池板。该系统以ARM920T处理器为控制器,根据二维光位置敏感探测器PSD的电流输出量定位电池板绕竖直轴和水平轴转动地方向和角度,最后,由2个步进电机驱动双轴跟踪系统,使之达到自动追光的目的。经测试表明,该系统运行稳定、可靠,具有美好得应用前景。关键词:太阳能电池板; 追光系统; ARM920T
9、; PSD1 引言1.1 选题得目的及意义太阳能作为二十一世纪新兴的新能源之一,具有比传统能源无法比拟的优势,具有分布广、成本低、无污染等优点。然而它也有自己本身带来的不足,比如空间分布不均、稳定性差以及密度小,导致太阳能的利用效率较低,因此如何高效的利用太阳能为人类服务近年来成为世界各国研究的热点。理论分析表明,太阳的精确跟踪与非跟踪相比,能量得接收率相差37.71。因此如何更加精确的追踪太阳能在空间中的分布是提高太阳能利用效率得有效途径之一。到现在为止,太阳跟踪得方式主要是光电式及机械式。光电式是被动跟踪,精度较低,而机械式是主动跟踪,它的原理为通过程序确定出太阳在一天之中运动地轨迹,控制
10、步进电机来追随太阳的运动轨迹及角度。到现在为止,国内的大多数都采用机械式进行跟踪这个办法中因为无检测机构,导致累计误差逐渐增大,效果差强人意。对于机械式太阳追踪及光电式太阳追踪方法的不足,这篇论文提出了采用ARM920T的内核S3C2440处理器以及敏感探测器(PSD)得太阳运动轨迹追踪系统,因此,这样就能提高太阳能的使用效率。1.2国内外研究现状日本是世界上太阳能开发利用第一大国,也是太阳能应用技术强国。日本太阳热能的利用,从1979年第二次石油危机后开始,1990年进入普及高峰。太阳能技术日益创新,能量转换率不断提高,成本也是新能源中最低的。日本将太阳能的利用分为太阳光能和热能两种。太阳光
11、能发电,是利用半导体硅等将光转化为电能。从2000年起,日本太阳能发电量一直居世界首位,2003年太阳能发电装机容量约为86万千瓦,占世界太阳能发电装机容量的49.1%,并计划到2010年达到482万千瓦,增加约6倍。德国对太阳能资源的利用可追溯到20世纪70年代,现在德国已经在太阳能系统的开发、生产、规划和安装等方面积累了大量经验,发明了一系列高效的太阳能系统。1990年德国政府推出了“一千屋顶计划” ,至1997年已完成近万套屋顶系统,每套容量15千瓦,累计安装量已达3.3万千瓦。根据德国联邦太阳能经济协会的数字,在过去的几年中,德国太阳能相关产品的产量增加了5倍,增速比其他国家平均水平高
12、出一倍。另据德新社报道,全球最大的太阳能发电厂已在德国南部巴伐利亚州正式投入运营。这家太阳能发电厂投资7000万欧元,占地77万平方米,发电总容量达12兆瓦,能为3500多个家庭供电。截至2005年年底,德国共有670万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器,每年可生产4700兆瓦的热量。已用4%的德国家庭利用了清洁环保、用之不竭的太阳能,估计每年可节约2.7亿升取暖用油。目前,美国太阳能光伏发电已经形成了从多晶硅材料提纯、光伏电池生产到发电系统制造比较完备的生产体系。2005年,美国光伏发电总容量达到100万千瓦,排在日本和德国之后,居世界第3位。为了降低太阳能光伏发电系统的生产成本,美国政府最近制
13、定了阳光计划,大幅度增加了光伏发电的财政投入,加快多晶硅和薄膜半导体材料的研发,提高太阳能光伏电池的光电转化效率。目前,美国正在新建几座新的太阳能电站。预计到2015年,美国光伏发电成本将从现在的2140美分/千瓦时降到6美分/千瓦时,届时,太阳能光伏发电技术的竞争力将会大大增强。太阳能在能源发展中占有相当的优势,据美国博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明,到2050年后,核能将占第一位,太阳能占第二位,21世纪末,太阳能将取代核能占第一位,很多国家对太阳能的利用加强了重视。意大利1998年开始实行“全国太阳能屋顶计划”,将于2002年完成,总投入5500亿里拉,总容量达5万千瓦。印度也于
14、1997年12月宣布,将在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。法国已经批准了代号为“太阳神2006”的太阳能利用计划,按照该计划,每年将投入3000万法郎资金,到2006年,法国每年安装太阳能热水器的用户达2万家。我国由建设部制定的建筑节能“九五”计划和2010年规则中已将太阳能热水系统列入成果推广项目。目前我国太阳能热水器的推广普及十分迅速,1997年销售面积近300万平方米,数量居世界首位。全国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装的企业达1000余家,年产值20亿元。根据我国19962020年太阳能光电PV(光伏发电)发展计划,在2000年和2020年的太阳能光电总容量将分别达到6
15、.6万千瓦和30万千瓦。在联网阳光电站建设方面,计划2020年前建成5座MW级阳光电站。由国家投资1700万元修建的西藏第三座太阳能电站安多光伏电站,总装机容量100千瓦,于1998年12月建成发电。这也是世界海拔最高、中国装机容量最大的太阳能电站。总之,大力发展太阳能利用技术,使节约能源和保护环境的重要途径。2 追光系统硬件设计2.1 总体硬件系统设计思路分析太阳能运动轨迹自动追踪系统的硬件大部分包括太阳能电池、ARM920T控制器、步进电机驱动器、PSD探测器、双轴机械支架以及液晶触摸屏、步进电机等。如图1所示。PSD探测器是用来检测电流,这些电流是由于太阳光线照射到太阳能电池板上产生的。
16、然后它将在太阳能电池板上产生的电流送到ARM920T控制器中,进行ADC模数转换,由控制器ARM920T得出太阳的位置;然后把控制量送到步进电机驱动器,凭借驱动步进电机的控制系统,来实现竖直和水平轴机械支架的转动,从而达到了调整太阳能电池板得状态(即方向角和俯仰角)的目的,使太阳能电池板与太阳光线垂直,这样,太阳能电池板就能够最大限度的接收太阳能。为了提高人机交互功能力,ARM920T处理器将采集和控制结果使之在液晶触摸屏显示。2.2 ARM920T控制器系统中处理器采用韩国三星公司的ARM920T内核处理器S3C2440,它包括了独立得16 KB指令缓存以及16 KB数据缓存、LCD控制器、
17、MMU、8通道A/D控制器、存储管理器、Antiflash启动加载器、24个外部中断源和130个通用I/()端口2。S3C2440主要作是收集光线位置数据,这种光线的位置数据由PSD探测器输出所得。它的作用还有要进行模拟计算后发出控制的命令,把这个命令传输给步进电机驱动器。2.3 太阳能电池板和液晶触摸屏 图1 系统硬件组成框图太阳能电池板选择了上海市欣通太阳能有限公司生产地XMT-U10型太阳能电池板。它的标准功率10 W,峰值电流0.50 A,开路电压22.5 V,峰值电压15.0 V,短路电流0.65 A,尺寸350mm x295max 20 mm,质量1.5kg。择用90cm。触摸液晶
18、屏显示地是收集得控制结果以及数据。因为ARM920T本身存在LCD控制器3,使之可以相当方便的将ARM920T和LCD相连接。 图2 二维PSD光敏面形状与电极位置图2.4 PSD选型 PSD型是一种新的光电横向效应器,与传统的摄像设备即光电摄像器和固体摄像管相比,具有响应快、分辨率比较高、没有测量死区、电路容易等各种各样的优点4。这篇文章收集的是改良后的分割型二维PSD,光敏面积长2m2地正方形,它的光敏形状以及电极分布如图2所示,它的相同广义雷诺数不同撞击角时凝胶模拟液的液膜总体状态图和液膜的总体形状照片分别如图和图4。它的原理是入射光线照射到光敏面上某一点的时候,从而引导光生载流子在薄层
19、中向各个方向不断的移动,这种流动是用2个正交分量表示的,即平行于x轴方向的分量Ix以及平行于Y轴方向的分量Iy表示电流,且Ix+Iy=I(其中I为光生总电流)。根据每个电极上所产生地电流就可以由式(1)和(2)计算出光在某一个点在PSD光敏面上地位置(x,y)5 本系统采纳上海光欧科技有限公司地HY2021型二维PSD探测器。它的主要参数是有效光敏面积20 mm x 20 mm;分辨率是2pm,光谱响应的范围是380-1100 nm,响应的时间是2FIS,工作温度范围是1060。 图3 相同广义雷诺数不同撞击角时凝胶模拟液的液膜总体状态图 图4 液膜的总体形状照片2.5 追光系统机械机构设计及
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