双轴跟踪循日式太阳能控制系统设计

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）双轴跟踪循日式太阳能控制系统设计（软件部分设计）陈旭东班级10新能源专业新能源应用技术教学系机电工程学院指导老师贲礼进完成时间2013年3月1日至2013年5月20日南通纺织职业技术学院论文（毕业设计）双轴跟踪循日式太阳能控制系统I摘要近年来随着人类社会的发展,能源消耗急剧上升，光伏发电技术不断受到人们的关注。但由于光伏发电需要通过光照才能产生电能，而且当太阳光入射角与电池板垂直时才能产生最大的电能。因此本设计采用西门子PLC通过控制直流电机改变其受光照的角度，从而尽量实现太阳光入射角与电池板垂直。其电路主要由电源电路、西门子PLC控制电路、按键电路、传感器检测电路等组成，并且采用MCGS工控组态设计人机界面控制。通过最后的综合测试，硬件和软件上，都能很好的实现最大的发电效率，具有广泛的应用前景。关键词：光伏发电、双轴循日、PLC、检测技术南通纺织职业技术学院论文（毕业设计）双轴跟踪循日式太阳能控制系统II目录摘要...........................................................................................................Ⅰ第一章概述............................................................................................11.1太能发电技术原理..............................................11.2太阳能光伏电池板板安装结构....................................21.3光伏发电的跟踪系统结构........................................31.4光伏发电的跟踪系统发展现状....................................3第二章方案设计....................................................................................42.1设计要求......................................................42.2方案的确定....................................................42.2.1总体方案...................................................42.2.2总体方案框图...............................................42.3器件选择......................................................52.3.1PLC控制器选择.............................................52.3.2光线传感器内部器件选择.....................................52.3.4限位传感器选择.............................................72.3.5风速传感器选择.............................................72.3.6电动机的选择...............................................72.3.7继电器的选择...............................................82.3.8其他器件的选择.............................................8第三章硬件电路部分............................................................................93.1传感器检测电路................................................93.1.1光线传感器检测电路.........................................93.1.2限位开关传感器检测电路.....................................93.3按键电路.....................................................103.2中间继电器控制电路...........................................103.5直流电机电路.................................................113.6电源电路.....................................................11第四章软件设计..................................................................................124.1系统运行分析.................................................124.2主程序设计...................................................124.3手动子程序设计...............................................134.4自动程序设计.................................................154.5电机控制程序设计.............................................16南通纺织职业技术学院论文（毕业设计）双轴跟踪循日式太阳能控制系统III4.6MCGS中使用到的软元件程序设计................................184.7完整程序.....................................................18第五章人机界面监控设计..................................................................195.1MCGS组态软件简介.............................................195.2双轴跟踪循日式太阳能控制系统人机界面设计.....................195.2.1人机界面绘制..............................................195.2.2系统画面中构件的属性设置..................................205.2.3设备窗口属性设置..........................................22第六章设备调试..................................................................................236.1设备调试要求.................................................236.2调试结果.....................................................236.2.1手动程序调试结果..........................................236.2.2自动程序调试结果..........................................236.2.3人机界面调试结果..........................................246.2.4调试数据结果..............................................246.3调试总结.....................................................24结束语.......................................................................................................25致谢...........................................................................................................26参考文献..................................................................................................27附录1：电气电路图...............................................................................28附录2：完整程序...................................................................................30附录3：系统监控运行界面...................................................................38南通纺织职业技术学院论文（毕业设计）双轴跟踪循日式太阳能控制系统1第一章概述1.1太能发电技术原理在煤炭、石油、天然气等化石能源消耗急剧增加，并且面临枯竭的21世纪，以太阳能光伏发电、风力发电等新能源为代表的可再生能源变得极其重要。我国拥有着非常丰富的太阳能资源，合理的使用太阳能技术进行发电，对于我国能源的可持续发展具有重要意义。太阳能通过太阳能光伏电池，将太阳辐射能量转换成电能，它的原理就是光生伏打效应。当光照射到太阳能电池上时，光能被电池吸收，产生光生电子-空穴对。在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。如图1.1所示。图1.1光生伏打效应原理图将几十个或上百个太阳能电池片进行单体串联、并联起来封装制作成太阳能电池组件，在太阳光或其他光的照射下，再将若干的组件进行串并联，固定角度，便可获得具有一定功率输出的电能，就形成了太阳能发电场。进行太阳能组件串并联的太阳能光伏发电厂如图1.2所示。负载+—负电极防反射膜N型半导体P型半导体正电极南通纺织职业技术学院论文（毕业设计）双轴跟踪循日式太阳能控制系统2图1.2太阳能光伏发电厂示意图1.2太阳能光伏电池板板安装结构虽然太阳能具有取之不竭用之不尽等优点，但是太阳能存在在密度低、间歇性、严重受环境影响等缺点，而导致了太阳能发电设备对太阳能的利用率不高。在我国部分地区，冬季和夏季太阳辐射量差异比较大，尤其在高纬度地区尤为突出，例如我国黑龙江省地区的冬季与夏季相差5倍之多。这就要求我们设计太阳能光伏电池板安装角度能够尽量减少冬季和夏季接受辐射量的差距，从而使全年总辐射量尽可能的大。由于倾角的最佳判断选择，通过计算相当复杂，但可以通过下表（表1）可以粗略确定太阳能电池板的角度，当纬度越高，则倾斜角也越大。表1倾斜角与当地纬度的关系纬度太阳能光伏电池板倾斜角度0°~25°等于纬度26°~40°纬度