Аппаратно-программный комплекс для контроля оптимальной ориентации фотоэлектрических модулей на максимальный поток солнечного излучения

• Автор: Китаева, Мария Валерьевна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ФМ И АНАЛИЗ СРЕДСТВ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ
1.1 Системы контроля ориентации ФМ
1.2 Математическая модель работы ФМ
1.3 Способы контроля ориентации ФМ
1.3.1 Системы ручной наводки на Солнце
1.3.2 Пассивные системы контроля
1.3.3 Активные системы контроля
1.4 Методы контроля максимального потока солнечного излучения
1.4.1 Датчики, основанные на оптическом методе
1.4.2 Датчики, основанные на температурном методе
1.4.3 Анализ способов, методов и датчиков контроля
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ФМ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ
2.1 Эффективность применения систем контроля ориентации ФМ
2.2 Энергетический критерий работы ФМ
ГЛАВА 3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
3.1 Разработка и модель фотоэлектрического датчика
3.2 Оптимизация конструкции фотоэлектрического датчика с использованием математической модели
3.3 Двухосный фотоэлектрический датчик
3.4 Макет фотоэлектрического датчика и его испытания
3.5 Оптимизация конструкции фотоэлектрического датчика по результатам испытаний
ГЛАВА 4. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ФМ
4.1 Эффективность работы ФМ с системой контроля его ориентации
4.2 Шаг поворотного устройства
4.3 Интервал времени между ориентированием ФМ
4.4 Методика работы системы контроля ориентации ФМ
4.5 Блок контроля
4.6 Экспериментальный макет аппаратно-программного комплекса
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А Алгоритм работы одноосной системы
Приложение Б Алгоритм работы двухосной системы
Приложение В Схема электрическая принципиальная блока контроля
Приложение Г Текст программы микроконтроллера на языке СИ
Приложение Д Расчет точности

ВВЕДЕНИЕ
Одна из важнейших мировых проблем современности - энергетическая проблема. В связи с увеличением потребления электроэнергии и ограниченности запасов традиционных источников энергии появляется необходимость разработки и использования альтернативных источников энергии [1-8]. Помимо истощения запасов традиционных источников энергии, существует еще одна важная проблема их использования - загрязнение окружающей среды веществами, выбрасываемыми в атмосферу. Нарастают опасения по поводу экологических изменений, вызванных использованием традиционных источников энергии, в связи с чем проявляется все больший интерес к освоению новых возобновляемых источников энергии (ВИЭ), обладающих высокой эффективностью и не загрязняющих окружающую среду, а также отличающихся повсеместным распространением.
Совместное использование традиционных и возобновляемых источников энергии позволят повысить надёжность энергообеспечения путем создания резервных источников энергии, снизить вредные воздействий на окружающую среду благодаря использованию экологически чистых возобновляемых источников энергии, решить проблему энергоснабжения потребителей, не подключенных к энергосистемам, занимающих в России более 70% территории с населением около 22 млн. человек [6-8].
Возобновляемые источники энергии следует активно применять в районах, не охваченных системой централизованного энергоснабжения, из-за удаленности и низкой плотностью населения, в районах с дефицитом мощности, также в местах массового отдыха для улучшения экологической обстановки и местах сезонной работы, и пр. [6-8].
Среди возобновляемых источников энергии солнечная энергия
представляется наиболее привлекательной [3-5]. Солнечная энергетика
характеризуется максимальной простотой использования, наибольшими

1.3 Способы контроля ориентации ФМ
Сущес твует три способа контроля ориентации ФМ [64]:
• Ручной способ, при котором паводка на Солнце производится оператором;
• Пассивный способ, при котором поворот ФМ в течение дня производится по заданному алгоритму управления;
• Активный способ, обеспечивающий постоянную ориентацию на максимальный поток солнечного излучения.
Стоит отметить, что рассмотренные в главе способы, методы, датчики и системы на их основе также применимы для концентраторов солнечного излучения и гибридных теплосолнечных установок. Однако в рамках тематики диссертации они рассматриваются для контроля ориентации ФМ.
Рассмотрим системы, основанные на данных способах контроля. Системы контроля на основе ручного способа называются системы ручной наводки на Солнце, а использующие пассивный и активный способ контроля - пассивные системы контроля и активные системы контроля.
1.3.1 Системы ручной наводки на Солнце
В системах с ручной наводкой ФМ на Солнце производится оператором. Для ориентации большого количества ФМ используется пульт управления общим приводом. Точность, а, как результат, и выработанная в течение дня мощность напрямую зависит от работы оператора: его выбора угла наклона ФМ, количества поворотов ФМ в течение дня и времени работы поворотного устройства [13].
Системы ручной наводки на Солнце получили наименьшее распространение.
Однако данный способ позволяет оператору быстро отследить наличие поломки в случае се возникновения. Ручной способ чаще всего используется в