太陽能電池短路電流配合光感測器追日控制器開發

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姓名

陳彥儒(Yen-ju Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

太陽能電池短路電流配合光感測器追日控制器開發
(Research and Design of Sun Tracking Controller By Using Short-Circuit Current of PV with Photo Sensor)

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摘要(中)

太陽能發電系統目前主要都以固定式為主，為了提升其發電效率，勢必要將太陽能模組隨時正對太陽來達到高功率輸出。追日系統主要分成主動式及被動式兩種追日方法，分別利用光感測器及太陽軌跡公式來進行追蹤，而都有其各自的優缺點。光感測器法雖然成本較低、安裝精度要求不高，但容易受環境及天氣影響追日效果；軌跡公式法雖不會受到天氣影響，但機構安裝誤差要小、定位必須精確，而機構長時間使用後會出現老化、變形，所以需要時常校準，造成成本較高。
　　本研究提出短路電流法，利用太陽能板本身的輸出電流當作追蹤訊號，經由dsPIC控制太陽能追蹤器，達到追日效果。此方法不受機構老化、變形及安裝誤差等影響，仍可找到最大輸出功率的位置，混合光感測器做初定位及粗調來增加追蹤精度。

摘要(英)

The solar power systems are mainly fixed-based. In order to enhance the power generation efficiency, the PV module must be kept facing the sun directly at any time. The tracking systems are divided into two kinds of active and passive tracking methods, respectively, the use of photo-sensor and sun trajectory formula to track, and they also have advantages and disadvantages. The photo sensor although have lower cost and less set up precision, but easy to affect the tracking performance by environment and weather. The trajectory formula although doesn’t affect the tracking performance by weather, but the error of mechanism set up should be small and the orientation should be fixed accurately. The mechanism will be aging after using a long time, so the system should be calibrated and maintained usually, and resulting the higher cost.
　　This thesis proposes the short-circuit current method, it uses the output current of a solar cell as tracking signal, and through the dsPIC to control the sun tracker and achieve the effect of tracking. Thus, the error of mechanism set up and the orientation-fixing accuracy need not to be considered, and the tracking angle that the PV outputs maximum power will still be met. Mix the photo sensor to do the initial position and coarse adjustment to increase the tracking accuracy.

關鍵字(中)

★ 短路電流
★ 太陽能電池
★ 追日控制器
★ 光感測器

關鍵字(英)

★ Sun tracking controller
★ Short-circuit current
★ Photo sensor
★ Solar cell

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
圖目錄 vii
表目錄 xi
符號說明 xii
一、緒論 1
1-1研究背景及動機 1
1-2 文獻回顧 4
1-3 文章架構 5
二、太陽能發電系統 7
2-1 太陽能電池的發電原理 7
2-2 太陽能電池的種類 8
2-2-1 矽晶型太陽能電池 8
2-2-2 化合物半導體太陽能電池 10
2-2-3染料敏化太陽能電池 11
2-3 太陽能電池的電氣特性 12
2-4 追蹤控制方法 15
2-5 太陽能發電系統整合 19
三、短路電流法混合光感測器追日控制器 22
3-1 短路電流量測架構 22
3-2 硬體架構介紹 23
3-2-1 太陽能電池 23
3-2-2 太陽能追蹤器機構 23
3-2-3 馬達驅動與減速機構 24
3-3 控制器介紹 25
3-3-1 微處理器dsPIC33FJ32GS610 26
3-3-2 短路電流訊號擷取模組 27
3-3-3 馬達驅動器模組 28
3-3-4 光感測器之設計 29
3-4 追日控制器之設計 32
3-4-1 控制器之電路板Layout 32
3-4-2 控制器之控制箱配置 34
四、控制系統與控制策略演算法設計 36
4-1 控制系統 36
4-1-1 馬達運動曲線之開路驅動 37
4-1-2 短路電流量測過程之暫態響應 39
4-2控制器之控制策略及演算法 42
4-2-1 短路電流單軸追蹤之策略與演算流程 42
4-2-2 光感測器追蹤之演算流程 45
4-2-3 控制器主程式架構 45
五、實驗與討論 47
5-1 實驗環境 47
5-2 實驗結果分析 48
六、結論與未來展望 59
6-1 結論 59
6-2 未來展望 60
參考文獻 61

參考文獻

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指導教授

董必正(Pi-cheng Tung)

審核日期

2012-7-26

推文