【正文】 裝置的選型 ................................................................................................... 32 （三）驅(qū)動電機的選型 ................................................................................................... 33 （四）本章小結(jié) ........................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 （一）原文 ............................................................................................... 錯誤 !未 定義書簽。該系統(tǒng)是以單片機為核心，利用太陽軌道公式進行太陽高度角及方位角計算，并利用 計時芯片以及 步進電機驅(qū)動雙軸跟蹤系統(tǒng)， 使 太陽能電池板始終垂直于太陽入射光線，從而提高太陽能的吸收效率。能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，社會經(jīng)濟發(fā)展得越快，人類對能源的需求就越大，利用能源時可能對環(huán)境造成較大程度的破壞。 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?，F(xiàn)在人們常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。煤的儲量約為 5600億噸， 1995年煤炭開采量為 3億噸，可以供應(yīng) 169年 。太陽能、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。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達地球表面的太陽能的數(shù)萬分之一，因此利用太陽能的潛力是十分大的。太陽放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。 太陽能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術(shù)突破，太陽能利用的經(jīng)濟性將會更明顯。全國各地太陽能輻射量為 3340 8400MJ/()，中值為 5852MJ/（ m2? a）。光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽光輻射能，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電是當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流。歐盟的可再生能源白皮書及相伴隨的“起飛運動”是驅(qū)動歐洲光伏發(fā)展的里程碑 ,總目標(biāo)是 20xx年光伏發(fā)電裝機容量達到 3GW。預(yù)測未來 10年仍將保持 10%或稍高的發(fā)展水平 ,達到 (約 %)。目前我國已建成的較大的光伏電站有西藏雙湖 25千瓦光伏電站，西藏安多 100千瓦光伏電站以及目前中國最大的新疆北塔山牧場 150千瓦太陽能光伏電站等。從國家發(fā)改委制定的中長期規(guī)劃看 ,20xx2020年每年的平均裝機容量約60MW。在這里把吸收的太陽七能轉(zhuǎn)換成熱能，然后由傳熱介質(zhì)經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機，膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，最后以電能的形式輸出，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。 由幾何光學(xué)基本知識可知，要使反射光線方向保持不變，當(dāng)入射光線偏轉(zhuǎn) ? 角度時，平面鏡需要偏轉(zhuǎn) ? /2角度。 美國太陽 Ⅱ 號電站是世界上較為典型的塔式太陽能熱發(fā)電站，是在總結(jié)太陽 I號電站試運行的基礎(chǔ)上，為推進塔式太陽能熱發(fā)電站商用化進程而建設(shè)的先導(dǎo)性工程。如圖 。 聚光太陽電池分兩類，一般低倍率的聚光，采用晶體硅太陽電池，適當(dāng)考慮散熱條件即可。特點是直徑很大的菲涅爾透鏡可以做的很薄，與球面透鏡相比可大大減輕透鏡的重量。 圖 聚光太陽電池組件模塊的結(jié)構(gòu) 太陽能自動跟蹤聚焦光伏發(fā)電系統(tǒng)是 采用聚焦的方式將太陽光的光能密度大大提高 (400倍以上 )，可使太陽能電池轉(zhuǎn)換效率提高，在小面積的單晶硅片上獲得大的電流。在一般情況下跟蹤精度越高其結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，造價就越高，甚至造價高于光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電池的總造價。碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作原理比較簡單，利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽光聚焦在一點上，即為點聚焦，其聚光比可以高達數(shù)百到數(shù)千倍。也可用于較大的用電戶，把數(shù)臺至十?dāng)?shù)臺裝置并聯(lián)起來，組成小型太陽能熱發(fā)電站。 圖 蝶式太陽能系統(tǒng)發(fā)電裝置 目前碟式發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤方式和塔式電站中定日鏡的跟蹤方式完全相同，多 采用視日運動軌跡跟蹤和傳感器跟蹤相結(jié)合的跟蹤方式。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的主光軸平行，接收太陽能的效果并不理想。這種跟蹤方式并不復(fù)雜，但在結(jié)構(gòu)上反射鏡的重量不通過極太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 11 軸軸線，極軸支承裝置的設(shè)計比較困難。這種跟蹤系統(tǒng)的特點是跟蹤精度高，而且太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計比較容易。 1994年在德國北部，太陽能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽能跟蹤裝置 1321。 1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單軸跟蹤，國家氣象局計量站在 1990 年研制了 FST型全自動太陽跟蹤器，成功的應(yīng)用于太陽輻射觀測 。雙軸跟蹤器的主要結(jié)構(gòu)是通過電機帶動反射器以每小時 15度的恒速繞日軸轉(zhuǎn)動，以跟蹤太陽的赤經(jīng)運動，另一個電機帶動反射器以每天以巧分的恒速繞季軸旋轉(zhuǎn)，以跟蹤太陽的赤緯運動。其主要缺點是 :跟蹤精度不夠。在美國加州建成的 10MW太陽1號塔式電站，就是使用這種控制系統(tǒng)，在總計 28萬平方米的范圍內(nèi)分散著 1818塊反射鏡。這種太陽能熱水器的吸熱板南北放置，其傾角可按不同季節(jié)通過手動調(diào)節(jié)。帶動鏡面跟蹤太陽 .當(dāng)鏡 面對準(zhǔn)太陽時，管內(nèi)壓力平衡，壓差執(zhí)行器又發(fā)出停止跟蹤信號 .這種跟蹤器的跟蹤靈敏度高，每大當(dāng)太陽剛升起 35分鐘后，鏡面即跟蹤對準(zhǔn)太陽。其中的液體 (如氟里昂 R一 12)可以互相流通。整個裝置的重心低于樞軸，以防容器完全翻轉(zhuǎn)。 簡易液壓式跟蹤器的工作原理與以上兩種基本相似 .太陽的相對位置信號由跟蹤器平板兩側(cè)遮光板下方南北向安裝的溫度傳感器 (黑管 )所接受。由 于兩黑管的受熱情況不同，產(chǎn)生壓力差，左側(cè)黑管所接液壓缸一側(cè)的壓力增大，推動活塞上移，帶動跟蹤器平板繞中間支點逆時針轉(zhuǎn)動，使跟蹤器平板隨太陽在空間位置的變化自東向西跟蹤集熱，直到日落西山。 （ 4） 控放式太陽跟蹤裝置。工作原理是 :由于在集熱裝置的西側(cè)裝有配重塊，在重力的作用下，集熱裝置便 會繞主軸自東向西轉(zhuǎn)動。電池裝在集熱裝置的上方，前面設(shè)有遮光板，當(dāng)集熱裝置對準(zhǔn)太陽時恰好遮住陽光，使太陽能電池處于陰影區(qū)。為了保證 跟蹤系統(tǒng)在多云大氣下也能可靠地工作，光電控制線路中還增加了一組多諧振蕩器。當(dāng)集熱裝置轉(zhuǎn)至西邊的極限位置時，觸動極限開關(guān)，切斷控制系統(tǒng)的電源 .第二天，只要將集熱裝置人工轉(zhuǎn)至向東的位置，便可開始新的跟 蹤。雖然采用多諧振動器，仍然存在著跟蹤過度的情況。目前，典型的光電式太陽跟蹤裝置有比較控制式和“多元法”兩種。另一對光電阻 (PZ， P4)南北對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角 。 該跟蹤裝置對太陽的高度角和方位角進行雙軸跟蹤，現(xiàn)在單獨研究對方位角進行跟蹤的工作原理，假設(shè)太陽的高度角是不變的，即假設(shè)圓筒是始終在高度方向?qū)?zhǔn)太陽的。該信號經(jīng)放大后送入控制單元，控制單元開始工作，控制自動跟蹤器調(diào)整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對準(zhǔn)太陽。當(dāng)光敏電阻的阻值較小的時候，光電阻在太陽照射下可能會很快達到飽和狀態(tài)，此時采集的信號就失真，不能正確反應(yīng)太陽光線的變化情況，會影響到跟蹤效果，跟蹤精度因此太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 17 降低。隨著圓筒 的增長，內(nèi)部兩個光電阻同時接受太陽光照的太陽光偏離角度的范圍會變小 。太陽光線偏離角度在一個較大范圍內(nèi)時，長圓筒內(nèi)部的兩個光敏電阻不會出現(xiàn)照度差，系統(tǒng)不能連續(xù)跟蹤太陽光線的角度變化。單方向定位裝置由 5個光敏電阻按一定的排列方式鑲嵌在半圓柱體上，如圖 。 太陽跟蹤裝置除了用作太陽能利用裝置以外，還常用于天文臺和氣象臺對太陽活動的跟蹤觀察。這些跟蹤器主要分為兩類 :一類是望遠(yuǎn)式，它接受太陽的垂直入射 。全自動太陽跟蹤裝置根據(jù)地平坐標(biāo)、雙軸跟蹤原理，機構(gòu)設(shè)計朝著高精度，大范圍跟蹤方向發(fā)展，在有限的接受面積上最充分的應(yīng)用太陽能，降低裝置的成本 。計算機測控系統(tǒng)實現(xiàn)了對充電電壓，充電電流，跟蹤光強、風(fēng)速、電瓶溫度等模擬量進行采集、處理、顯示和打印，根據(jù)各模擬量的瞬時值，實現(xiàn)防風(fēng)，報警控制，蓄電池的充電、放電和分級控制等功能，對設(shè)備 統(tǒng)一監(jiān)控管理。該跟蹤器采用地平坐標(biāo)系跟蹤方式，主要由水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、垂直回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、兩臺步進電機以及集熱器臺架組成。 時水平轉(zhuǎn)臺相應(yīng)轉(zhuǎn)動 1176。另一臺步進電機驅(qū)動同步帶輪帶動絲杠螺母旋轉(zhuǎn)，使絲杠進行直線運動，相當(dāng)于改變俯仰軸轉(zhuǎn)角用以改變集熱器的傾斜度，從而跟蹤太陽的高度角，其控制流程為 :步進電機一同步帶輪 (傳遞動力卜絲杠螺母 (旋轉(zhuǎn)運動 )一絲杠 (直線運動 )。跟蹤器的結(jié)構(gòu)示意見圖 。接著每間隔一定時間，自動調(diào)整一次集熱器的位置，太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 20 使其采光面垂直于太陽光線，實現(xiàn)實時太陽跟蹤。校正采用手動操作，使跟蹤臺的兩個軸帶動集熱器轉(zhuǎn)動，同時不斷觀察日暑的影子，當(dāng)影子剛好聚為一點時為最佳，記錄下從原點到該點兩軸的步進電機各自走過的實際脈沖數(shù)，然后依據(jù)算法計算兩軸的步進電機從原點到該點的理論脈沖數(shù)，根據(jù)實際脈沖數(shù)與理論脈沖數(shù)之差，可算得到角度之差，就是高度角和方位角的修正值。另外，本章節(jié)還對 幾種 太陽能 發(fā)電裝 置 進行了分析， 并且 對 目前的 各種跟蹤方法的 進行了分析對比 ， 從而對目前的太陽能跟蹤技術(shù)有了一定的了解 。對太陽能進行電能轉(zhuǎn)換的時候，由于太陽的位置是隨著時間的變化而改變的，如果采用固定式的太陽能接收裝置，此裝置的位置無法隨 太陽改變，只能在固定時段有效的吸收太陽能，在其他時段的吸收效率就十分低下，因此，要使太陽能的吸收效率提高，采用太陽跟蹤系統(tǒng)對太陽進行實時跟蹤是可行和有效的。在控制部分的設(shè)計中，要考慮到系 統(tǒng)的全天候性要求，選用耐用和抗干擾性強的執(zhí)行元件，避免頻繁發(fā)生系統(tǒng)故障。在本系統(tǒng)的研發(fā)中，太陽能電池是太陽能采集裝置的首選部件。 目前市場上的 太陽能電池 基本都為封裝后的成品， 通過封裝處理的太陽能電池就可以應(yīng)對各種氣候條件，并且耐沖擊，可以適應(yīng)各種應(yīng)用條件，達到了長期使用的目的，從而很好的滿足了本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)要求。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的構(gòu)成設(shè)想基于簡單易安裝的要求，主要 由底座、驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、減速機構(gòu)、電池板固定框架等構(gòu)成。由于研發(fā)要求系統(tǒng)要結(jié)構(gòu)緊湊，電機選取的為小型步進電機，輸出扭矩達不到轉(zhuǎn)向要求，因此要選用減速機構(gòu)來提升輸出扭矩，在本光伏系統(tǒng)中，選取的是小型渦輪蝸桿減速機構(gòu) 。 由于太陽的位置角度和時間有關(guān)，要對時間進行實時監(jiān)控和有效讀取，必須選取計時芯片完成此功能。單片機把各項功能部件都集成 在一塊芯片上，因此它的結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、價格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。當(dāng)太陽能電池方陣 不發(fā)電或電動勢小于蓄電池電勢時，由于阻塞二極管的作用，蓄電池不會通過太陽能電池方陣放電。從技術(shù)和經(jīng)濟方面綜合考慮，在本系統(tǒng)中貯能裝置應(yīng)采用鉛酸蓄電池為宜。 逆變器與正變換正好相反，它使用具有開關(guān)特性的全控功率器件，通過一定的控制邏輯，由主控制電路周期性的對功率器件發(fā)出開關(guān)控制信號 ，再經(jīng)變壓器 耦合 升 （ 降 ）壓、整形濾波就可得到交流電。一個好的充電控制器能夠有效地防止蓄電池過充電和深度放電，并使蓄電池使用達到最佳狀態(tài) 。針對不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以選用不同的充電控制器，主要考慮的因素是要盡可能的可靠、控制精度高及低成本。 控制器可分為并聯(lián)控制器和串聯(lián)控制器兩種，本設(shè)計中選擇并聯(lián)控制方式。地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運行的軌道面 (黃道面 )法線傾斜成 23176。 假設(shè)觀察者位于地球北半球中緯度地區(qū)，我們可以對太陽在天球上的周年視運動情況做如下描述。太陽在正午的高度等于 90176。 ? +23176。 秋分日 (9月 23日 )，太陽又從赤道以北到達赤道 (太陽的赤緯 ? =0176。冬至日 (12月 2日 )，太陽正午高度達最小值 90176。冬至過后，太陽正午高度逐日升高，同時白晝增長，太陽的升落又趨向正東和正西，直到春分日 (3月 21日 )太陽從赤道以南到達赤道。的范圍。 27180。 27180。在一年中，太陽赤緯每天都在變化，但不超過士 23176。 27180。在周日視運動中，太陽多出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。白晝最長，這時候地球北半球天文夏季開始。春分過后，太陽的生落點逐日移向北方，白晝時間增長，黑夜時間縮短，正午時太陽的高度逐日增加。 )，地球北半球的天文春季開始。太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 27 的夾角，而且地球公轉(zhuǎn)時其 自轉(zhuǎn)軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，一晝夜又分為 24h，所以地球每個小時自轉(zhuǎn) 15176。但采用脈沖寬度調(diào)制型控制器，往往包含最大功率的跟蹤功能，只能用 MOS晶體管作為開關(guān)器件。一般而言，蓄電池充電方法有三種 ：恒流充電、恒壓充電和恒功率充電，每種方法具有不同的電壓和電流充電特性 。 為了最大限度地利用蓄電池的性能和延長使用壽命，必須對它的充電條件加以規(guī)定和控制。 逆變器是將直流電變換為交流電的電力變換裝置，逆變器技術(shù)在電力電子技術(shù)中已經(jīng)較為成熟。比