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以PC為基礎之雙軸太陽能板感測追日系統製作

Source: OAI

ABSTRACT 本論文建立一套結構簡單的追日系統,包含感測器、I/O 介面、以及步進馬達整合雙軸機構,實現一套自主式太陽行進軌跡追蹤系統,以追蹤太陽方位角來調整太陽能發電系統的受光面,在任何時間和地點下,使太陽能光電板與陽光保持垂直,而達到最大的發電效率。本系統採用雙軸設計,分別控制水平角度和仰角角度,以電腦作為系統的控制器,利用四個太陽感測片的電壓差,來判斷太陽方位,經步進馬達移動後,快速鎖定太陽直射方位。硬體是由太陽感測片、資料擷取卡、步進馬達、驅動電路、雙軸旋轉平臺及一台監控電腦等所組成,採用LabVIEW圖控軟體。 致謝………………………………………………………………………………...i 中文摘要…………………………………………………………………………..ii 英文摘要……………………………………………………………………….....iii 目錄…………………………………………………………………………….....iv 表目錄………………………………………………………………………….…vi 圖目錄……………………………………………………………………….…vii 符號說明………………………………………………………………….…x 第一章 緒論…………………………….………………………………..………1 1.1 前言………………………………………………...………………1 1.2 文獻回顧………………………..……………………………….…5 1.3 研究動機………………………….……………………………9 1.4 追控系統介紹………………………………………….……10 1.4.1 追控系統裝置種類……………….....…………………..…10 1.4.2 追蹤系統機械設計………………………………….…..…16 1.4.3 感測器架構設計…………………………….…………..…17 1.4.4 太陽運行軌跡與太陽能光電板角度…………….……..…19 1.5 論文架構………………………..……………………….……22 第二章 系統建構………………………………………………………….……23 2.1座標系統架構…………………….………………………….……24 2.2系統子座標描述………………….………………………….……26 2.3太陽感測片之法向量…………….………………………….……32 2.4太陽方位描述…………………….………………………….……35 第三章 控制系統………………...…………………………………….…….…39 3.1 硬體架構……………………………………………………..……39 3.1.1 控制器…………………………………………….…..…40 3.1.2 太陽感測片……………………………………..….. ..…40 3.1.3 DAQ卡………………………………………….…..…45 3.1.4電源供應器……………………………………….…..…48 3.1.5步進馬達………………………………………….…..…48 3.1.6驅動電路………………………………………….…..…54 3.1.7硬體系統流程……………….………….….……..……58 3.2控制方法……………………………………………………..……59 3.2.1控制動作原理………………….………………….…..…59 3.3 控制軟體…………………………………………………..…..…60 3.3.1 LabVIEW軟體簡介……...…………………………..…..…61 3.3.2 資料擷取卡的介紹………….…..…………………..…..…64 3.3.3 軟體設計………..………..…..….....………………..…..…65 3.3.4軟體架構……………….………………………….…..…67 3.3.5軟體系統流程……………….………..…….……..……69 第四章 實驗結果……………………………………………….……….………73 4.1 使用追蹤方法控制實驗結果…………………………..…………73 4.1.1日光燈發電效率…………….................………….…..…73 4.1.2太陽下發電效率…….………..……………………..……74 第五章 結論及未來研究方向…………………………………….…………76 5.1 結論…………...…………………………………………...………76 5.2 未來研究方向…………………………………………..…………76 參考文獻…………………………………………………………………………77 [1] 沈華堅,Solar 產業發展概況,alfinace@ms2.fbs.com.tw,2005/10/17 [2] 工研院材料所,工研院IEK-IT IS 計畫,2004/07 [3] F. Harashima and H. Inaba, “Microprocessor Controlled SIT Inverter for Solar Energy System”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. IE-34, No. 1, pp50-55, Feb., 1987. [4] M. G. Simoes, N. N. Franceschetti and M. Friedhofer, “A Fuzzy Logic Based Photovoltaic Peak Power Tracking Control”, International Symposium ISIE '98. IEEE on Industrial Electronics, Proceedings, Vol. 1 pp. 300 –305, 1998 [5] K. H. Hussein, I. Muta , T. Hoshino and M. Osakada , “Maximum Photovoltaic Power Tracking: an algoruthon for rapidly changing atmospheric conditions”, IEEE Proceedings of Generation Transmission & Distribution, Vol. 142, No. 1, Jan., pp. 59-64, 1995. [6] Emarineinc Solar Tracker http://www. emarineinc.com/ [7] 高職進修網站 http://elearning.stut.edu.tw/ [8] 李東諭、王耀諄,“日射量機率模型之建立”,中華民國第21 屆電力研討會pp. 1231-1235, 2000. [9] 蘇丁財、石延民、陳裕愷,“追光控制器提昇太陽能集熱效率之研究與設計”,建國技術學報第十九期,(1999). [10] 何金滿、包濬瑋,“中壢地區太陽光發電系統運轉性能評估”,中華民國第24 屆電力研討會,pp. 419-420, 2003. [11] 吳旭晉、陳耀銘,“固定式太陽能電池最佳安裝角度之研究”,中華民國第21 屆電力研討會,pp. 967-971, 2000. [12] M.Cucuno , D. Kaliakatsos ,and V. Marinelli, “General Calculation Methods for Sorlar Trajectories”, Renewable Energy, Vol.11, No.2, pp.223-234, 1997. [13] Braun, J. E.and Mitchell, J.C .,”Solar Geometry for Fixed and Tracking Surfaces” , Solar Energy, 31, pp. 439-444, 1983. [14] Walraven,R.,” Calculation the Position of the Sun ”,Solar Energy.20, pp. 393-397, 1978. [15] 黃秉鈞,蓀輔笙,廖偉承,高晨喬,”集光式太陽光發電追蹤控制系統”, 2004 太陽能科技與產業發展研討會論文集,1~32 頁,2004。 [16] Institude of Solar Energy Technical University of Madrid Website. http://www.ies-def.upm.es/ies/CRATING/Chapter3.pdf [17] 卓胡誼、黃文川、吳春吉,“具有導光裝置的太陽能系統” 崑山科技大學電機系。 [18] 葉益男,集光式太陽光發電追控系統研製,碩士論文,國立台灣 大學機械工程研究所,2002。 [19] W.A. Lynch and Z.M. Salameh, “Simple electro-optically controlled dual-axis sun tracker”, Department of Electrical Rngineering, University of Lowell , Lowell, MA 01854, USA [20] Zomeworks Track Rack UTRK 040,http://www.zomeworks.com/ [21] Kipp&Zonen 2AP,http://www. Kippzonen.com/ [22] POULEK Solar Tracker,http://www. POULEK.com/ [23] Wattsun AZ-225,http://www.wattsun.com/ [24] LED3X Sun Seeker,http://www.redrok.com/electron.htm#led3x [25] U.S. patent No. 4228417, (1982/5/4) “Solar tracking system or the like” [26] William A. Lynch and Ziyad M. Salameh, “Simple electro-optically controlled dual-axis sun tracker”, Department of Electrical Rngineering, University of Lowell , Lowell,MA 01854, USA. [27] Lisa K.Wells,and Jeffrey Travis 原著,蕭子健、儲昭偉、 王智昱編譯,『LabVIEW 基礎篇』,民國八十七年。 [28] 包濬偉,太陽光發電系統運轉性能評估,私立中原大學碩士論文,2003。 [29] 光華開發科技,http://www.sinonar.com.tw/chinese/index.htm [30] 美商國家儀器,http://www.ni.com/ [31] 王崇飛,“步進馬達簡介”,元智大學機械系大四自動化機械設計實務課程教材,2000-05-05。 [32] 東元精電股份有限公司,http://www.tedmotors.com.tw/tw/p1.html [33] datasheet,http://www.ALLDATASHEET.com/ [34] K.S. Lynch , R.C.GONZALEZand C.S.G.LEE, “ROBOTICS:CONTROL, SENSING,VISION, and INTELLIGENCE ” 。

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