英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
使用DELTA PLC的自动太阳能跟踪系统
摘要 —— 能源和环境是当今世界的主要问题。可再生能源是满足电力需求的唯一解决方案，因为传统能源不仅有限，而且是环境污染的罪魁祸首。太阳能是发展电力不足的可再生能源的主要来源。但由于其固定的面板布置，太阳能电池板在开发电源方面效率较低。因此，开发了许多跟踪方法来跟踪太阳，其中一些控制精度较低，一些控制系统复杂，有些在某些条件下无法跟踪太阳。本文采用DELTA PLC实现自动太阳跟踪系统，在各种环境条件下，以简单精确的控制结构，更有效地跟踪太阳。自动太阳能跟踪器操纵太阳能电池板朝向太阳，以在白天提取最大能量。在LDR传感器和磁簧开关的帮助下，通过面板的编程光强度完成跟踪，通过PLC中的编程，通过机械结构和齿轮布置控制连接到太阳能电池板的直流齿轮电机的速度和方向。与从传统太阳能PV系统获得的发电相比，从所提出的PV系统获得的发电随着跟踪器的功耗而增加约25％。这可以针对并网光伏系统实施，以增加发电量。它还可用于补偿电力需求并在较短的时间内获得高经济回报。
I、引言
在当今的现代科学技术时代，我们的社会经济增长或多或少取决于电能。在印度等发展中国家，能源危机是重要问题之一。由于化石燃料不足，使用可再生能源将满足这种能源危机。太阳能，风能，天然气，水，生物质等电能的产生有不同的可再生能源。在所有这些太阳能中，由于可再生能源的廉价及其无污染的特性，其作为重要来源迅速发展 。太阳能在诸如热能存储和发电系统的许多应用中使用，借助于光学反射器或光伏（PV）模块形式的太阳能收集器来收集太阳能。
通常，太阳能电池板用于捕获太阳辐照度。但是，在一整天中从固定面板提取的能量小于可达到的最大值。这是由于面板的静态布置限制了来自太阳的能量束。为了有一个约在一天中不变的能量，太阳能电池板必须安装在太阳能跟踪器上，其中一个致动器跟随天空中的太阳。
该系统基于可编程逻辑控制器PLC执行新的自动闭环跟踪。设计的系统包括硬件和软件，硬件包括PLC I / O继电器模块，LDR电路，磁簧开关，PV模块，电池和电压调节电路;该软件包括PLC程序监控和PC监控，以处理过程数据。它可以根据落在光传感器上的阳光方向自动调节太阳能电池板的方向作为反馈信号，以确保太阳能集热器与太阳光线成直角，以获得最大的太阳曝晒。它还可以在跟踪过程中自动定位坐标位置和角度，无需人工干预[8] [9]。它通过使用DELTA PLC实现的复杂闭环自动跟踪控制算法克服了与天气条件（阴天，雨天）和无人值守状态相关的问题。其结构简单，成本较低，有效提高了太阳能利用率，具有较好的应用前景 。
II、 太阳能光伏板
太阳能电池基本上是p-n结二极管，其通过光伏效应将来自太阳的光能（光子）直接转换成电能（DC）。 光伏电池封装在连接的组件中以形成太阳能电池板或模块。 在标准测试条件下，每个面板通过其DC输出功率进行评级。 面板的效率决定了指定额定输出的面板面积，因为单个太阳能电池板仅产生最小量的功率，这些功率组连接在一起并放置在类似块的结构中以形成光伏阵列，如图所示。 图1所示。
III、 自动太阳能跟踪系统的构建与原理
太阳能自动跟踪装置是用来跟踪太阳，使集能器的主光轴始终与太阳光线相平行的装置。 目前，较常用的太阳能平板式集热器和真空管式集热器均采用固定安装方式。这两种集热器的共同缺点是太阳的能量密度低，因而集热温度较低，一般只能提供40~70℃的热水，不容易得到高温。要提高能量密度则必须使集能器平面始终和太阳入射光垂直，同时还应对太阳光实行聚焦。为了达到此目的，在使用中需要在方位角和高度角两个方位上不断跟踪太阳，使集能器从日出到日落始终对准太阳，以提高太阳能的利用率。
基于太阳能电池板的自动太阳跟踪系统由PLC MPU，传感器单元，光伏组件，磁簧开关组成; 继电器模块，电磁和机械运动控制和电源模块。 所提出的系统框图如图4所示。
它用于通过LDR检测落在太阳能电池板上的太阳辐射的光强度，LDR以从东到西方向围绕面板的不同角度放置。 当光线落在特定的LDR上时，LDR电路向PLC处理单元发送信号，以启动连接到输出模块的电机，直到簧片开关在连接到它的输入继电器模块的帮助下被激活。 PLC处理该数据并产生逻辑信号以操作电动机，移动面板以在太阳能电池板上获得最大强度并在其获得最大强度时停止旋转面板。 从东方完成一次革命向西，当光线落在第一个LDR上时，面板自动移动到初始位置。 Y0和Y1是两个继电器线圈，通过它们连接PLC输出以在两个不同方向（正向和反向）控制光伏（PV）面板。 为了实现平稳控制，借助于齿轮装置将电动机连接到PV模块。
A、太阳能电池的构造和工作
由于其足够的反向电压特性，PV电池最常由单晶硅制成，以防止损坏面板部分的反向电流。 PV电池就像普通的二极管。 它由硅，锗PN结和抗反射涂层，透明粘合剂和P型顶面上的玻璃窗组成，用于防止撞击电池的光线反弹，将玻璃固定在太阳能电池的其余部分 并分别为这些元件提供外部保护。 P型材料制作得非常薄且宽，使得入射光可以容易地到达PN结。 P层用作正输出端子（阳极），底部的金属触点用作阴极。 在部分面板遮蔽的情况下，可以在外部结合或添加旁路二极管，以最大化面板的输出。 太阳能电池结构如图2所示。
A、典型的太阳能电池由两个不同掺杂的半导体层组成，一个具有称为P-层的过量空穴，另一个具有称为N型的过量电子结合在一起以形成PN结。当层已经连接时，由于在N层中形成正电荷而在P-层中形成负电荷而在PN结中的两层将存在不平衡，这产生势垒。
如果光能（光子）撞击PN结中的电子，则价带中的电子向导带移动，在价带中留下空穴。随着自由电子被辐射能量推入N层，它们相互排斥。电线或灯泡可以从P层连接到N层，为电子提供相互流动的路径，电子的数量取决于入射在面板上的光量。电子流提供表示为电流源的电流，电池电场产生电压。
B、太阳能跟踪技术
太阳能跟踪器主要分为两类：主动式和被动式。主动跟踪器使用致动器在控制器指令的LDR的帮助下移动对应于太阳辐射的太阳能电池板。被动跟踪器基于物质的热膨胀。它使用由太阳辐射加热的压缩气体流体，从跟踪器的一侧驱动到太阳辐射另外，通过不同的气体压力使太阳能电池阵列响应其不平衡而定向。
太阳能跟踪器可以是单轴（主动或被动）或双轴（主动）。 单轴跟踪器具有手动可调倾斜角度，可从东向西旋转面板。 双轴跟踪系统改变太阳能电池板的高度（垂直）和方位角（水平）度。 它们从东到西和从北到南的方向跟踪太阳，以最大化功率输出; 两者都显示在图3所示 a。
A、可编程逻辑控制器PLC单元
在自动跟踪系统中，PLC作为跟踪控制器，是系统研究的重点跟踪系统的系统核心。 DVP-ES系列DELTA PLC是代表性的MPU小型PLC，具有最大I / O点256. DVP24ES00R2具有自己的编程语言，采用WPL软件实现，内置RS-232和RS-485通信端口用于中央应用程序中的处理单元（CPU）。 CPU Delta WPL软件中的编程通过RS-232可通信电缆下载到PLC中，因为数据传输距离较短。 RS-232通信允许单端数据传输，即从发射器到接收器的数据速率相对较慢（高达20k比特/秒）和小距离连接（高达50Ft）。由于控制是通过PLC设计和优化的，因此可以实现从现场设备到光伏电池跟踪系统的集中控制。跟踪控制器具有高精度和跟踪精度，因为跟踪可以通过LDR传感器和簧片开关直接从东到西以五个不同的角度自动实现。图6所示。
B、传感器检测太阳能跟踪
太阳辐射随地点和时间的变化而变化; 因此，如果需要跟踪太阳光，有必要感知太阳的位置。 通常使用四种方法来提高太阳能系统的效率。 他们是计时方法; 坐标法，阳光强度与太阳能电池板的相对接近以及通过电光传感器提高太阳能强度的相关技术。 在模拟四种方法之后，假设定时方法如此简单但控制不精确; 坐标法控制系统优越，但控制系统复杂; 太阳能强度的相对接近使太阳能的有效利用不是最优的; 通过光电传感器提高太阳能强度的相关技术，实现了简单的硬件电路和太阳能的最大利用。
因此，通过使用光阻的相对太阳能方法，所提出的项目通过简单的电路和控制系统的高精度实现。 LDR用作跟踪系统中的传感器，以检测落在太阳能电池板上的太阳光线。 LDR是镉供应的电池，其电阻值随光强度而变化。当光落在LDR上时，由于传导电子数量的增加，电阻值随着光强度的增加而减小。
在目前提出的跟踪系统的工作中，已经使用了五个LDR。这些LDR被放置在从东到西方向的面板周围的五个不同位置和五个不同角度。 LDR被薄片包围，允许光线通过它。当阳光垂直暴露在太阳能电池板上时，电机不会旋转。当阳光方向和太阳光线的垂直方向在太阳能电池板上存在有限的角度间隔时，接收到面板周围的太阳光的LDR的电阻值减小，这促使与LDR电路相关的继电器驱动电动机直到磁簧开关（ RS）被激活，其排列如图7所示。 LDR电路的输出通过继电器模块作为输入连接到PLC，以检测阳光面，并根据太阳的太阳位置顺时针或逆时针驱动电机。
C、光伏组件
在提出的跟踪系统中使用了Sirius的高质量电源模块，模块功率为5W，21V由72个电池组成。 其主要技术参数最大额定功率5W，最佳工作电压17V，短路电流0.33A，公差极限参数plusmn;3％。 这些在1000W / m 2绝缘AM 1.5的标准实验测试条件下测试，电池温度为25C 。
D、簧片开关
在目前的工作中，簧片开关用于位置传感。 它们由一对镀有铑或钌的磁簧片组成，Au，Cu或W密封在充满惰性气体的玻璃管中。 当来自电磁铁或永久磁铁的磁场放置在磁簧片附近时，簧片被磁化并接触以形成闭合电路，从而通过向PLC发送信号来检测位置，以在获得所需位置后停止旋转电动机。
E、电压调节
12 V电池用于为跟踪系统中的控制电路提供电源，该控制电路由PV板充电。 随着PV板的输出电压根据太阳辐射连续变化，使用IC LM317T调节输出电压，为电池充电，如图8所示。 它是一个完全可调的正电压调节器，这意味着它提供线路和负载调节（即输出保持恒定，无论输入和负载如何变化），三个端子能够提供1.5A和1.25V至37V的输出电压范围，对应于 输入电压在3到40伏之间变化。 LM317T还具有内置的热关断和限流功能，使其成为任何低压的理想和短路保护。
IV、 自动太阳能跟踪系统的软件设计和描述
PLC的软件设计易于实现和理解数据的处理，为用户提供了清晰的想法，以便在现场进行自发行动和控制过程。 它由PLC程序控制和监控过程流程和PC监控两部分组成。 自动太阳跟踪的仿真结果和控制逻辑流程图如图9-11所示。
A. PLC程序控制和监控
在所提出的系统中，PLC的编程以两种模式实现;梯形图模式和指令列表模式。梯形逻辑是广泛使用的编程语言，因为它很容易实现关键控制系统的程序。在梯形图模式中，将有许多梯级表示控制语句的流程顺序。由于控制语句代表了过程，它是太阳能跟踪系统的主要构成，而软件编程则
全文共6939字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[1861]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
