【正文】 ......................................... 50 （六）本章小結(jié) .............................................................................................................. 50 五 程序部分的設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 51 （一）流程圖設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 51 （二）程序設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 53 （三）本章小結(jié) .............................................................................................................. 57 結(jié)論與展望 ............................................................................................................................ 58 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 59 致謝 ...................................................................................................................................... 60 外文文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 61 （一）原文 ..................................................................................................................... 61 （二）翻譯 ..................................................................................................................... 66 1 摘要 隨著以常規(guī)能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)隨著資源的不斷耗用將越來(lái)越適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要，包括太陽(yáng)能在內(nèi) 的可再生資源將會(huì)越來(lái)越受到人們的重視。利用潔凈的太陽(yáng)光能，以半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)為基礎(chǔ)的光伏發(fā)電技術(shù)有這十分廣闊的應(yīng)用前景。 本設(shè)計(jì)嘗試設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光照射角度的雙軸自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以提高太陽(yáng)能 電池的光 電轉(zhuǎn)化率。該系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，利用太陽(yáng)軌道公式進(jìn)行太陽(yáng)高度角及方位角計(jì)算，并利用 計(jì)時(shí)芯片以及 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙軸跟蹤系統(tǒng)， 使 太陽(yáng)能電池板始終垂直于太陽(yáng)入射光線，從而提高太陽(yáng)能的吸收效率。 目前本設(shè)計(jì)僅通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算公式得到的數(shù)據(jù)，對(duì)東西向進(jìn)行每小時(shí)一次的角度改變，南北向進(jìn)行每天一次的角度改變，再通過(guò)單片 機(jī)的判斷進(jìn)行每晚的東西向回歸控制以及每半年的南北向跟蹤方向的改變控制。 由于時(shí)間及作者目前的知識(shí)限制，跟蹤系統(tǒng) 只是 進(jìn)行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機(jī)會(huì)再進(jìn)行改進(jìn)。 關(guān)鍵字： 太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)照射角 自動(dòng)跟蹤 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 2 Abstract With the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgybased energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeingup the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect. In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light electricity conversion efficiency. The system is based on singlechip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dualaxis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy. At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the eastwest to the point of view will be changed once an hour, the northouth perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the northsouth change in control. Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future. Keywords: solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically singlechip Stepping motor 3 一 、 概述 （一） 能源與環(huán)保 隨著時(shí)代的前進(jìn)，人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度日益增加，但是與此同時(shí)人類社會(huì)的負(fù)擔(dān)和責(zé)任也隨之增加。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展得越快，人類對(duì)能源的需求就越大，利用能源時(shí)可能對(duì)環(huán)境造成較大程度的破壞。目前世界的主要能源是由吸收太陽(yáng)能的植物經(jīng)億萬(wàn)年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等。正是由于上述原因，世界能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，表現(xiàn)在如下方面： 世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，據(jù)統(tǒng)計(jì)近 10 年內(nèi)化石燃料 (煤、石油與天然氣等 )能量消耗增加了近 20倍，預(yù) 計(jì)今后十年化石燃料的用量將翻一番，但全球己探明的石油儲(chǔ)量只能用到 2050年，天然氣也只能延續(xù)到 2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。 由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量，局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土。 化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導(dǎo)致溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。這一問(wèn)題己提到全球的議事日程，有關(guān)國(guó)際組織己召開多次會(huì)議，限制各國(guó) COZ等溫室氣體的排放量。能源問(wèn)題關(guān)系到經(jīng) 濟(jì)是否能夠可持續(xù)發(fā)展。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的極大關(guān)注?，F(xiàn)在人們常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。占人們能源消費(fèi)的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。據(jù)有關(guān)資料顯示 :石油儲(chǔ)量的綜合估算，可支配的化學(xué)能源的極限大約為 1180一 1510億噸，以 1995年世界石油的年開采量 32億噸計(jì)算，石油儲(chǔ)量大約在 2050年左右宣告枯竭 。天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在 13180~152900兆立方米，年開采量維持在 2300兆立方米，將在 57一 65年內(nèi)枯竭 。煤的儲(chǔ)量約為 5600億噸， 1995年煤炭開采量為 3億噸，可以供應(yīng) 169年 。鈾的年開采量目前為每年 6萬(wàn)噸，根據(jù) 1993年世界能源委員會(huì)的估計(jì)可維持到 21世紀(jì) 30年代中期，核聚變?cè)?2050年前沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的希望。能源短缺的形勢(shì)很嚴(yán)峻，當(dāng)前世界多數(shù)國(guó)家對(duì)能源問(wèn)題都很重視。新能源技術(shù)及節(jié)能技術(shù) 4 在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。太陽(yáng)能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應(yīng)用為人們描繪出希望。其中太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在全世界蓬勃發(fā)展，使人們?cè)谀茉次C(jī)的焦慮中，感到不少欣慰。 （二） 太陽(yáng)能的特點(diǎn) 太陽(yáng)是一個(gè)巨大的能源，萬(wàn)物生長(zhǎng)都要依靠太陽(yáng)，地球上絕大部分能源歸根究底是來(lái)自太陽(yáng)的。煤炭 ，石油都是古時(shí)候由動(dòng)物或植物存儲(chǔ)下來(lái)的太陽(yáng)能。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能的數(shù)萬(wàn)分之一，因此利用太陽(yáng)能的潛力是十分大的。而相對(duì)于日益枯竭的化石能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能似乎是未來(lái)社會(huì)能源的希望所在。 太陽(yáng)輻射能與煤炭，石油，核能相比較。有如下的優(yōu)點(diǎn) : “無(wú)限性” 太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用能量巨大。太陽(yáng)放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。其中到達(dá)地球的能量高達(dá) X 1011kW,穿過(guò)大氣層到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能大約為 。在到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能中，到達(dá)地球陸地表面的輻射能大約為 X 1013kW，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬(wàn)五千多倍。太陽(yáng)的壽命至少尚有 40億年，相對(duì)于人類歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供給地球能源的時(shí)間可以是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕 大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。 太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類理想的替代能源。 可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在 5 接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用 。二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)能利用己具經(jīng)濟(jì)性。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。 （三） 國(guó)內(nèi)外太 陽(yáng)能應(yīng)用的現(xiàn)狀 我國(guó)地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。我國(guó)的國(guó)土跨度從南至北，自西至東，距離都在 5000km以上，總面積達(dá) 960萬(wàn)平方公里，占世界陸地總面積的 7%,居世界第三位。在我國(guó)廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。全國(guó)各地太陽(yáng)能輻射量為 3340 8400MJ/()，中值為 5852MJ/（ m2? a）。 我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富和比較豐富的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于 2200h，太陽(yáng)輻射總量高于 50165852MJ/（ m2? a） ,面積約占全國(guó)總面積的 2/3以上。 太陽(yáng)能應(yīng)用包括太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能熱利用。太陽(yáng)能發(fā)電又分為光伏發(fā)電，光化學(xué)發(fā)電，光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池這種