1. 研究目的与意义

1.课题研究的背景

在人类社会发展进步的过程中，能源起到了举足轻重的推动作用。如今能源依然是类社会不断向前发展道路上不可或缺的因素。当今世界的能源结构主要是化石能源，而其中石油、天然气和煤炭占据了整个能源消费构成中90%以上的比例。随着世界经济的不断发展，人类社会对能源的需求日益加剧，能源危机已然成为人类社会不得不解决的问题。目前，传统能源生产和消费对生态环境损害严重，引发一系列生态环境问题，粗放利用煤炭产生的二氧化硫、氮氧化物及烟尘等污染物对大气环境产生了巨大损害。资料表明：石油、天然气资源将在21世纪80年代消耗殆尽，煤炭资源也将在22世纪20年代面临枯竭。目前人类已经开发并利用的新能源有太阳能，风能，潮汐能，和生物能等。太阳能作为一种“取之不尽”并且可以大规模被开发利用的可再生能源，有着传统能源不可比拟的优势。

太阳能作为清洁、无污染和储量丰富的可再生资源，其中巨大的利用价值已经被人们所熟知，很多国家和地区都出台了一些政策，这些政策对光伏相关产业的支持促使光伏产业发展十分迅速，发展前景非常广阔，已经成为全世界上被公认的最有前途的行业之一，但是就目前的科学技术来说，要后期人们不断研究和拓展知识，来解决现在还一直面临的很多问题，其项目初期投入的很多钱，但是关键技术问题还是没有得到解决，光伏电池转换效率普遍不高，导致投资大收获小现象，还有生产光伏电池成本过高等问题，一直阻碍着光伏产业的成功，成为制约光伏相关产业进步的拦路虎。在太阳能电池板的光照强度与温度保持在一定值时，分析光伏电池正常工作，在特性曲线有且仅有一个最大值是系统的(maximum power point，mpp)，这就是一直追求那个输出点。前面所说是保持在一定值，现在当两者之一任一个条件发生变化时，这最大值的电压位置也会变换，这是因其内部特性容易受到外界因素变化的干扰。在现在技术条件下，要系统正常工作时的一直输出是最大值，且还要维持在其附近，并尽可能使光伏发电系统提高输出功率，降低系统工作成本是一个重要途径。在这种背景下，研究人员根据来调节电池板，最终会提高输出功率的控制方法被称为(maximum power point tracking，mppt)，被简称为mppt算法。该方法是非常有用的可以搜寻最大功率点，在光伏发电中是一项核心技术。

2. 研究内容与预期目标

本课题研究内容：

（1）对太阳相对地球运动规律进行研究，太阳能日照变量进行计算以及跟踪系统选择和研究。

（2）双轴跟踪系统的机械设计，主要是对运动台的设计，传动方式，步进电机的选择与设计。

3. 研究方法与步骤

（1）分析了太阳天体运行规律，整理计算太阳位置的公式。首先，通过计算机编程计算观测点任意时刻的太阳高度角和方位角，和日出日落时刻，并将理论计算值进行比对，验证了太阳位置算法的可靠性。并且分析了视日运动轨迹跟踪和光电跟踪的优缺点，选择时控与光电跟踪混合的方式，提高光伏跟踪系统能效。

（2）通过选用双轴太阳能跟踪的机械结构设计，并分类介绍电机的选择，齿轮传动设计、光电传感器设计、太阳能电池板的参数选择，构造光伏阵列的发电模型与分析发电特性。通过对比得到的模型的输出，能够验证此模型的有效性；研究光伏电池发电效率与环境因素的关系，从而得到双轴跟踪轨迹计算的理论依据。对双轴跟踪支架的伺服系统进行设计控制器。

（3）根据系统的模型，设计出自动跟踪控制系统的控制策略，包括步进电机和驱动电路等，其次，以西门子公司s7-200 系列plc 的编程软件step7-micro/win32 为开发平台，完成太阳跟踪软件设计工作。

4. 参考文献

5. 工作计划

1）2022.03.05～2022.03.20：收集资料，了解光伏发电的相关知识及做开题报告。

2）2022.03.21～2022.04.03：学习plc相关知识并作系统方案设计及可行性研究。

3）2022.04.04～2022.04.17：进行组态软件的学习以及进行系统软件编程