分布式光伏发电双跟踪控制系统的设计

摘 要：设计了一个太阳能自动跟踪器，它是以飞思卡尔的16位9S12SX系列X128微控制器为控制核心设计的。太阳能跟踪器采用双轴光电检测跟踪法，由MCU完成计算与控制，并产生用于控制蜗杆直流减速电机的信号，实现太阳能的跟踪。利用PROTEUS软件完成了对电机控制、温度测控的仿真；并通过温度测控系统保证装置的安全性和可靠性。该系统采用单片机控制，DC-DC电源模块通过精确的采集光伏板的输出电压和电流最为反馈，结合最大功率跟踪（MTTP）算法，自动调节DC-DC模块的工作状态，实现了自动高效的太阳能最大功率点的跟踪。最后对硬件和软件各自进行了调试，并进行了软硬件联调，调试成功后，将太阳能跟踪器整个装置放在户外进行调试和检测，最后得到较为完美的太阳能跟踪器实物，能满足太阳跟踪的需要。

关键词：9S12SX；自动跟踪；太阳能；最大功率点跟踪；双轴跟踪

Design of double tracking control system of distributed photovoltaic power generation

Abstract: 16 9S12SX family of Freescale's X128 microcontroller as the core design of the X128-based solar tracker .Solar energy tracker use dual axle photoelectric detection tracking method, by MCU finish calculation and control, and produce worm gear motor used to control the dc signal, realize the tracking of solar energy. We used PROTEUS to complete the simulation of temperature measurement and control of motors; through the temperature measurement and control system to ensure the safety and reliability of device at the same time.The system adopted MCU control, DC-DC modules, photovoltaic panels collected by accurate output voltage and current as the feedback, combined with maximum power point tracking (MTTP)algorithm to automatically adjust the work of DC-DC module staterh in order to achieve an automatic and highly efficient solar maximum power point tracking. Hardware and software debugging, and hardware and software the FBI after the successful commissioning , commissioning and testing of the solar tracker device on the outdoor , and finally get a more perfect solar tracker in kind , to meet the sun-tracking needs.

Key words: 9S12SX，Automatic tracking，Solar energy，maximum power point tracing，Two axis tracking

  目 录

1 绪   论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 课题设计内容

2  设计方案论证

2.1总体设计方案

2.2 电气部分方案

2.3 机械结构方案

3  系统硬件电路设计

3.1 X128单片机控制模块

3.2电源模块

3.3 复位电路

3.4 电机驱动模块

3.5 光电传感器的选择和分布

3.6 光电检测电路

3.7 光强比较电路

3.8 时钟电路

4 最大功率点跟踪

4.1 MPPT的原理

4.2光伏电池的输出特性

4.3 MTTP算法

4.4 Buck-Boost变换器

4.5光伏系统MPPT算法分析

5 系统软件设计

5.1主程序

5.2子程序控制流程图

6 仿真与分析

6.1 KEIL 软件与 PROTEUS 软件简介

6.2 单片机驱动步进电机仿真及结果分析

7 跟踪系统工作原理

8 结 论

参考文献

致   谢

1 绪   论

1.1 课题研究背景和意义

根据太阳辐射能的试验得出差不多是每秒1.6368×10⁴kW，所以太阳总共能够照射出的的辐射到地球表面的一年内的能量可能相当于约1.892×10¹⁶千亿吨，估计太阳能为如今世界的重要能源储量的一万倍。与生活中我们用到的普通的拥有局限性的能源相比，新型的太阳能所具备他们没有的特性：无穷无尽、量大的优点。即使因为太阳能的天气条件、不同地区经纬的日照的不同，造成了太阳日照的不平衡，但是相比其它的常规能源，太阳能拥有普遍性和丰富性，可很方便的就地用来利用。太阳能是拥有无污染、永久性、分布范围广阔、无限性、丰富性、可持续性、使用方便等优点，巨大的清洁能源，特别是太阳能光伏发电的发现与快速发展，为太阳能可以尽快的方便使用增添了强大的技术保证，因此太阳能的开发即将进入飞速发展。

太阳能当前而言是一种非常理想非常好的的可再生可持续的能源，能够很大程度上的缓解当今环境污染严重、能源短缺的现状，但是它也存在着非常多的不好的条件，例如不稳定持续性、分布随气候条件变化、能源利用密度较低等问题，这就对能够更好的更高效率的太阳能的采集和使用的技术提出了高要求。据一个科学家分析表明：新型的太阳能自动跟踪式光伏发电系统与普通的太阳能发电系统比较，新型的对太阳能的采用率能够提高30%左右。因此，是否能够做到跟踪发电系统的精确度和较高的输出效率就显得尤为重要。

1.2 课题设计内容

本设计的控制中心是采用飞思卡尔单片机，开发出一种低成本、结构简单、低消耗、高精度的太阳能自动跟踪器，使光伏电池板总是能够正对着太阳运动，从而让光伏发电系统可以最大限度地采集和利用太阳能，并且还能实现最大功率点的跟踪。所有本课题需要我们设计光伏发电自动跟踪系统的外部电路和程序，并且能进行仿真。还要画出系统总的电路原理图，对电路与软件进行调试运行并且进行仿真。

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