【正文】 士（ ? ? ） ]，所以 sinh=sin[90土（ ? ? ） ] （ ） 正午時(shí)，若太陽(yáng)在天頂以南，即 ? ? ，取 sinh=sin[90一（ ? ? ） ] 從而有， h=90+? ? （ ） 在南北回歸線內(nèi)，有時(shí)正午時(shí)太陽(yáng)正對(duì)天頂，則有 ? =? ，從而 h=90176。上午為正，下午為負(fù)。冬季最小變化到冬至日的 23176。 27180。黑夜最長(zhǎng)，這時(shí)地球北半球天文冬季開(kāi)始。 秋分過(guò)后，太陽(yáng)的生落點(diǎn)逐日移向南方，白晝時(shí)間縮短，黑夜時(shí)間增長(zhǎng)，正午時(shí)候太陽(yáng)的高度逐日降低。夏至過(guò)后，太陽(yáng)正午高度逐日降低，同時(shí)白晝縮短，太陽(yáng)的升落又趨向正東和正西。 夏至日 (6月 2日 )，太陽(yáng)正午高度達(dá)到最大值 90176。在周日視運(yùn)動(dòng)中，太陽(yáng)出于正東而沒(méi)于正西，白晝和黑夜等長(zhǎng)。因此，地球 處于運(yùn)行軌道不同位置時(shí)，陽(yáng)光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。 地球除了自轉(zhuǎn)外，還繞太陽(yáng)循著偏心率很小的橢圓形軌道 (黃道 )上運(yùn)行，稱為“公轉(zhuǎn)”，其周期為一年。此外，控制蓄電池的充電過(guò)程往往是通過(guò)控制蓄電池的端電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電控制器 又稱為電壓調(diào)節(jié)器。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般采用充電控制器來(lái)控制充電過(guò)程，并對(duì)過(guò)充電進(jìn)行保護(hù)，最常用的充電控制器有 ： 完全匹配系統(tǒng)、并聯(lián)調(diào)節(jié)器、部，脈沖寬度調(diào)制（ PWM）開(kāi)關(guān)，脈沖充電電路。無(wú)太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 論太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是大還是小，是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，充電控制器都必不可少。 作為在本太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的逆變器，要滿足以下要求 ： 1） 對(duì)輸出功率和瞬時(shí)峰值的要求 ； 2） 對(duì)逆變器輸出效率的要求 ； 3） 對(duì)逆變器輸出波形的要求 ； 4） 對(duì)逆變器輸入直流電壓的要求 。堿性蓄電池維護(hù)容易，壽命較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，不易損壞，但價(jià)格昂貴，制造工藝復(fù)雜。 蓄電池在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電方式為 ： 當(dāng)太陽(yáng)能電池板的電勢(shì)大于蓄電池的電勢(shì)時(shí)，電能充入蓄電池，蓄電池處于充電狀態(tài)。單片機(jī)將中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器單元集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)體系。 在本系統(tǒng)中，要根據(jù)即時(shí)時(shí)間進(jìn)行太陽(yáng)角度的運(yùn)算，調(diào)整系統(tǒng)精確轉(zhuǎn)向，因此要合理選用控制芯片完成此功能。連軸器選用的是普遍使用的彈性聯(lián)軸器，耐沖擊，經(jīng)久耐用。選取的是普通的市面常見(jiàn)的裝置，這樣能使整個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比高。因此，太陽(yáng)能電池 需要 通過(guò)膠封、層壓等方式封裝成平板式結(jié)構(gòu)才能投入使用 ，如層壓的封裝方式，即將太陽(yáng)能電池片的正面和背面各用一層透明、耐老化、黏結(jié)性好的熱熔性膠膜封裝，并采用透明度高、耐沖擊的低鐵鋼化玻璃做為蓋板，用耐濕抗酸的復(fù)合薄膜或者玻璃等其他材料做背板，通過(guò)真空層壓工藝將電池片、正面蓋板和背板薪合為一個(gè)整體，從而構(gòu)成一個(gè)使用的太陽(yáng)能電池發(fā)電器件，稱為太陽(yáng)能電池組件。 本光伏發(fā)電系統(tǒng) 的目的即是 對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行有效的吸收，從而盡可能多的把太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)化為可用電能，提供給耗電負(fù)載使用，起到節(jié)省能源的目的。根據(jù)本系統(tǒng)的整體要求，裝置的各組成部分應(yīng)該選用常用而且性價(jià)比與可靠性較高的構(gòu)件，充分考慮其經(jīng)濟(jì)性 .在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要使系統(tǒng)機(jī)構(gòu)盡量簡(jiǎn)潔，避免過(guò)于復(fù)雜和 昂貴 ，要便于安裝和維護(hù)。 對(duì)太陽(yáng)能的利用一般都是采用太陽(yáng)能采集裝置把太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)化為其他類型的可用能源而加以利用，在本研究中，確定了使用太陽(yáng)能電池 板 把太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)化為電能。 圖 太陽(yáng)集熱跟蹤臺(tái) （ 八 ）本章小結(jié) 在本章節(jié)中分析了現(xiàn)代能源日益短缺的嚴(yán)峻現(xiàn)狀和新型能源發(fā)展的趨勢(shì)，從而說(shuō)明了利用太陽(yáng)能做為一種新型能源是有效而可行的，太陽(yáng)能是一種清潔環(huán)保并且用之不竭的能源，如何對(duì)其進(jìn)行利用將是未來(lái)能源研究發(fā)展的趨勢(shì)。由于影響跟蹤精度的因素很多，不僅跟當(dāng)?shù)鼐暥取⑻?yáng)赤緯角、太陽(yáng)時(shí)角的取值有關(guān)，還跟步進(jìn)電機(jī)的精度以及跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，因而需要對(duì)跟蹤軌跡的程序進(jìn)行校正。然后根據(jù)太陽(yáng)當(dāng)前位置從零點(diǎn)處自動(dòng)快速指向太陽(yáng) 。的步距角就可以算出相應(yīng)的脈沖數(shù)。 /，山此可以計(jì)算集熱器方位角為 a時(shí)步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)為 120a/ 。減速器的傳動(dòng)比為 1:120，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)120176。因此需要對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。限位裝置有東、兩、上、下四個(gè)極限限位功能，跟蹤精度高，范圍寬，有自動(dòng)返回功能。 未來(lái)的太陽(yáng)跟蹤裝置應(yīng)采用全自動(dòng)跟蹤陣。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸 、四軸式跟蹤器。 （ 6）用于天文觀測(cè)和氣象臺(tái)的太陽(yáng)跟蹤裝置。正中央的光敏 電阻與接收面垂直， Aa， Bb， Cc， Dd，助， Ff將圓分成 12 等份，它們分別代表單方向定位裝太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 置。當(dāng)使用長(zhǎng)圓筒時(shí)，假設(shè)太陽(yáng)光線偏離一個(gè)超出了范圍 A又在 B的范圍內(nèi)的角度，如圖 ，所示因?yàn)槠x角度超過(guò)了范圍 A，圓筒內(nèi)部?jī)蓚€(gè) 光電阻產(chǎn)生了照度差值，該信號(hào)經(jīng)過(guò)處理放大，控制跟蹤器跟蹤上太陽(yáng)；如果此時(shí)使用較短圓筒，偏離角度在 B的范圍內(nèi)則不會(huì)使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光電阻產(chǎn)生照度差，系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行跟蹤，因此此時(shí)系統(tǒng)的精度高于使用短圓筒的情況。理論上講，圓筒的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，跟蹤器的精度就越高。 為了使傳感器準(zhǔn)確的跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，首先要通過(guò)試驗(yàn)找出較為合適的光敏電阻。而 (PS， P7)這一對(duì)光電阻受到了圓筒對(duì)環(huán)境散射光的屏蔽保護(hù)，它們接收的照度會(huì)出現(xiàn)差值，這就是偏離信號(hào)。另一對(duì)光電阻 (P6， PS)南北對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)的視高度，傳感器外形如圖 太陽(yáng)實(shí)際位置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 集熱裝置 光敏傳感器 + 集熱 裝置實(shí)驗(yàn)位置 圖 光電式太陽(yáng)跟蹤裝置原理 太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 示。其中一對(duì)光電阻 (PI， P3)東西對(duì)稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來(lái)粗略的檢測(cè)太陽(yáng)由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度即方位角 。與前 兩種跟蹤裝置相比，光電式跟蹤器可通過(guò)反饋消除誤差，控制較精確，電路也比較容易實(shí)現(xiàn)，受到普遍關(guān)注，其工作原理如圖 所示。其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)只能做成單軸跟蹤器，不能自動(dòng)復(fù)位 (除非另外加復(fù)位機(jī)構(gòu) )因而不能滿足晝夜更替之后的跟蹤需求 。由于系統(tǒng)的慣性很大，如不采取措施往往會(huì)跟蹤過(guò)頭，產(chǎn)生較大的誤差 .有了多諧振蕩器后，不管轉(zhuǎn)多大的角度，電磁鐵始終按照吸合一釋放一吸合一釋放的間歇方式動(dòng)作，集熱裝置逐步向西旋轉(zhuǎn)，直至追上太陽(yáng)。此時(shí)遮光板又重新?lián)踝￡?yáng)光，太陽(yáng)能電池進(jìn)入陰影區(qū)，電磁鐵釋放，完成跟蹤。電磁鐵的動(dòng)力又由硅太陽(yáng)能電池板供給。 控放式太陽(yáng)跟蹤裝置由配重塊、彈簧、杠桿、制動(dòng)裝置、電磁鐵等部分組成。缺點(diǎn)是沒(méi)有足夠的工作空間，而且一般只用于單軸跟蹤，不能完成自動(dòng)對(duì)太陽(yáng)往返于南北回歸線之間運(yùn)動(dòng)的跟蹤，只能每隔一段時(shí)間，重新對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光 ，因此精度比較低。 當(dāng)太陽(yáng)光線向西偏移一個(gè)角度時(shí)，遮光板使黑管的受熱面積發(fā)生變化，右黑管將被遮光板遮住一部分，受熱面積改變，而左黑管的受熱面積不變，僅是位置發(fā)生了變化。要使兩個(gè)容器冷卻速度不同，方法很多，例如可把東邊容器的一部分表面涂上熱輻射率高的涂料，或者把西邊容器的一部分表面加設(shè)絕熱層等等。液體多的容器重量增加，使裝置傾斜而跟蹤太陽(yáng)，直至對(duì)準(zhǔn)時(shí)為止。跟蹤器是裝在太陽(yáng)能利用裝置樞軸兩側(cè)的一對(duì)裝有低沸點(diǎn)液體的密閉容器。 .IMPa的自來(lái)水作為跟蹤動(dòng)力 (若無(wú)自來(lái)水，可裝一只容積為 ZL的壓力水箱 )。 （ 3）壓差式太陽(yáng)跟蹤裝置 .武漢市電子產(chǎn)品研究所，參考國(guó)外單軸跟蹤太陽(yáng)時(shí)角的熱水器，研制了一種壓差式單軸太陽(yáng)跟蹤器，現(xiàn)己用在太陽(yáng)能熱水器上。首先利用一套公式通過(guò)計(jì)算機(jī)算出在給定時(shí)間的太陽(yáng)的位置，再計(jì)算出跟蹤裝置被要求的位置 ，最后通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)裝置達(dá)到要求的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤。這種跟蹤裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡(jiǎn)單。根據(jù)太陽(yáng)在天空中每分鐘的運(yùn)動(dòng)角度，計(jì)算出太陽(yáng)光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而確定出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得太陽(yáng)光接收器根據(jù)太陽(yáng)的位置而相應(yīng)變動(dòng)。 1929 年推出了太陽(yáng)灶 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng) 。 2020年 2月美國(guó)亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽(yáng)能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成 跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。工作時(shí) 太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分根據(jù)太陽(yáng)的視日運(yùn)動(dòng)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運(yùn)動(dòng)改變太陽(yáng)能設(shè)太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 備的能量轉(zhuǎn)換部分的傾斜角，從而使能量轉(zhuǎn)換部分所在平面的主光軸始終與太陽(yáng)光線平行。工作時(shí)太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面繞極軸運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速的設(shè)定與地球自轉(zhuǎn)角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽(yáng)方位角 :反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)是為了適應(yīng)太陽(yáng)高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。而在早上或下午太陽(yáng)光線都是斜射。 (1)單軸跟蹤一般采用 ： 傾斜布置東西跟蹤 ； 焦線南北水平布置，東西跟蹤 ； 焦線東西水平布置，南北跟蹤。圖 。 這種系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，作為無(wú)電邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型電源，一般功率為 1025kW，聚光鏡直徑約1015m。碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)大體上由 3部分組成 :旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、接收器和跟蹤裝置。 。它是電池模塊外罩的一部分，電池組件的散熱器位于電池外罩的陰影里 (正常跟蹤狀態(tài) )，不被太陽(yáng)光直射，因而便于散熱，使電池的溫度低，效率較高。 太陽(yáng)聚光器采用拆射式聚光器一一菲涅爾透鏡，它是 利用光在不同介質(zhì)的界面發(fā)生拆射的原理制成的，具有與一般球面透鏡相同的作用。它通過(guò)聚光器而使較大面積的太陽(yáng)光會(huì)聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，形成“焦斑 ” 或“ 焦帶”，并將太陽(yáng)電池置于 這種 “ 焦斑 ” 或 “ 焦帶 ” 上，以增加光強(qiáng)，克服太陽(yáng)輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多的電能輸出。 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)由聚光電池陣列、架體、方位和仰角驅(qū)動(dòng)器、跟蹤器、控制器組成。所以，在太陽(yáng)能熱發(fā)電站中，塔式電站的控制系統(tǒng)最為復(fù)雜。由于接收器的安裝是固定不變的，為了使一天中所有時(shí)刻的太陽(yáng)輻射都能通過(guò)反射鏡面反射到固定不動(dòng)的接收器上，反射鏡必須設(shè)置跟蹤裝置，跟蹤過(guò)程當(dāng)中要確保定日鏡的反射光線方向保持不變。 （ 四 ） 幾種主要的太 陽(yáng)能發(fā)電裝置 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作過(guò)程是：太陽(yáng)輻射熱被定日鏡反射集中后，被塔頂?shù)慕邮掌魑?，接收器上的聚光倍率可超過(guò) 1000倍。 2020年我國(guó)系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量為 70MW，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，承諾 2020年太陽(yáng)能光伏累計(jì)裝機(jī)容量 450MW。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的重要方式 , 隨著國(guó)家西部開(kāi)發(fā)政策的推行及光明工程的實(shí)施 , 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)取得了較快發(fā)展。發(fā)展中國(guó)家的光伏產(chǎn)業(yè)近幾年一直保持世界光伏組件產(chǎn)量的 10%左右。日本通產(chǎn)省 (MITI)第二次新能源分委會(huì)宣布了光伏、風(fēng)能和太陽(yáng)熱利用計(jì)劃 ,2020年光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 5GW。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。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。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。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)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。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。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。新能源技術(shù)及節(jié)能技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在13180~152900兆立方米，年開(kāi)采量維持在 2300兆立方米，將在 57一 65年內(nèi)枯竭 。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的極大關(guān)注。 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。 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) 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 syste