【正文】 對(duì)兩種蓄電池的特點(diǎn)，鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，原材料易得，維護(hù)方便，原材料豐富，但體積較大。 本系統(tǒng)的制造目的是對(duì)太陽能進(jìn)行采集，并加以利用，因此需要將太陽能電池組件產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來，用于其他耗電場合 .蓄電池組是本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的貯能裝置，它的作用是將太陽能電池方陣從太陽輻射能轉(zhuǎn)換來的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來，以供應(yīng)用。 在本系統(tǒng)中，考慮選用的控制核心為單片機(jī)。電池板固定架用來對(duì)太陽能電池板進(jìn)行固定，要求設(shè)計(jì)合理，穩(wěn)定。驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，此種電機(jī)性能可靠，對(duì)于角度量轉(zhuǎn)向控制精確。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)械部件的選取必須滿足性能可靠、價(jià)格低廉和結(jié)構(gòu)簡單的研發(fā)要求。不能滿足本系統(tǒng)經(jīng)久耐用的研發(fā)要求。 系統(tǒng) 組成 如圖 。 本系統(tǒng)的整體研發(fā)要求是經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠。 子程序開始 計(jì)算太陽當(dāng)前位置 跟蹤器當(dāng)前位置是否為零點(diǎn) ？ 自動(dòng)調(diào)整跟蹤對(duì)準(zhǔn)太陽 跟蹤器自動(dòng)快速指向太陽 是否已對(duì)準(zhǔn)太陽 ？ 子程序結(jié)束 圖 自動(dòng)跟蹤子程序 Y Y N N 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 二 、 跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想及框架 （一）跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)研制的出發(fā)點(diǎn)是更加有效的利用 太陽能。用正系數(shù)校正理論值存入控制程序，可以提高跟蹤精度。 其中，2軸為俯仰軸， X軸為方位軸。每當(dāng)試驗(yàn)時(shí)，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動(dòng)回零 。 時(shí)絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，絲杠相應(yīng)走過 3rn們 n，由此通過集熱器臺(tái)架的傾角變化計(jì)算出絲杠直線運(yùn)動(dòng)的距離，再經(jīng)過傳動(dòng)比換算出步進(jìn)電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，根據(jù) 176。 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)發(fā)出120176。水平轉(zhuǎn)臺(tái)相當(dāng)于集熱器的方位軸，由一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，繞垂直于當(dāng)?shù)厮矫娴妮S旋轉(zhuǎn)，用以跟蹤太陽的方位角，其控制流程為 :步進(jìn)電機(jī)一諧波減速器 (降速增矩、角度細(xì) 分 )一水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)。該中心在集熱器性能測試試驗(yàn)中，要求集熱器采光面始終垂直太陽光線，入射角偏差不超過 5176。裝置由光敏探頭檢測太陽光強(qiáng)，通過跟蹤控制器，采用模擬壓差比較原理進(jìn)行比較，發(fā)出命令，驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分轉(zhuǎn)動(dòng)。這種跟蹤裝置主要應(yīng)用于科研，因此最應(yīng)保證的是機(jī)構(gòu)的精太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 度，其造價(jià)相對(duì)也比較昂貴。這些裝置靠互相垂直的兩條軸旋轉(zhuǎn)跟蹤天體，最常用的兩軸裝置有地平式和赤道式兩種。例如，當(dāng)光照在左邊第 1個(gè)光敏電阻上時(shí)電機(jī)帶動(dòng)定位裝置向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，光從左邊第 1個(gè)光敏電阻離開并照在左邊第 2個(gè)光敏電阻上，電機(jī)帶動(dòng)定位裝置又向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，這時(shí)光照在正中央的光敏電阻上，光垂直照在定位裝置上，電機(jī)停轉(zhuǎn) .這種跟蹤裝置通過 在半球狀傳感器上設(shè)置多個(gè)光敏電阻，提高了對(duì)太陽定位的速度，避免了為尋找太陽方位傳感器的重復(fù)擺動(dòng)，但是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且由于每兩個(gè)光敏電阻的間隔造成其不能連續(xù)監(jiān)測和跟蹤太陽位置的變化，跟蹤精度有限?！岸嘣ā碧柛櫻b置的傳感器結(jié)構(gòu)如圖 。短圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為 B，如圖 所示，即太陽光線的偏離角度在 B的范圍內(nèi)，短圓筒內(nèi)部的兩個(gè)光敏電阻不會(huì)出現(xiàn)照度差。其次要設(shè)計(jì)長度合適的圓筒。高度角的跟蹤基本原理及工作方式雷同。當(dāng)太陽光偏離垂直方向一個(gè)較小的角度時(shí) (Pl， P3)這一對(duì)光電阻可能受環(huán)境散射光的影響，不會(huì)反應(yīng)出太陽光線的變化 。其中一對(duì)光電阻 (PS， P7)東西對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度 。設(shè)置一個(gè)圓筒形外殼，在圓筒外部，東、南、西、北四個(gè)方向上分別布置 4只光電阻 。光電式太陽跟蹤裝置使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過一個(gè)閉值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整集熱裝置的位置，直到使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的跟蹤。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)跟蹤，成本低廉，不用外接電源，使收集到的能源充分轉(zhuǎn)化利用。當(dāng)太陽重新出現(xiàn)時(shí)，集熱裝置必須作大角度的旋轉(zhuǎn)才能跟上太陽。信號(hào)經(jīng)放大，使高靈敏的繼電器動(dòng)作，并通過執(zhí)行繼電器控制電磁鐵吸合，于是制動(dòng)裝置松開，集熱裝置向西旋轉(zhuǎn)，直至對(duì)準(zhǔn)陽光。彈簧則由電磁鐵控制。這種把原動(dòng)力與控制部件分離的方法，可以簡化控制裝置的結(jié)構(gòu)，減少能量消耗 (面板的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能來源于偏重的勢能 )，為不用外接電源創(chuàng)造了條件。 這種跟蹤器在實(shí)際中應(yīng)用很廣，其主要的優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡單，制作費(fèi)用低，純機(jī)械式，不需電子控制部分及外接電源。當(dāng)太陽正對(duì)跟蹤器平板時(shí)，兩黑管的受熱面積 (投影面 )相等，黑管保持同樣的受熱狀態(tài)，液壓缸活塞的兩側(cè)受力處于平衡狀態(tài)，跟蹤器平板靜止不動(dòng)。因?yàn)槿章浜罂諝庾兝?，并且容器?nèi)液體冷卻速度預(yù)先己經(jīng)調(diào)整，東面容器比西面容器冷卻得快，其內(nèi)壓力下降也快，于是東邊變重，使整個(gè)裝置向東傾斜，以待日出。否則一個(gè)容器接收的輻射能便較另一個(gè)容器多，從而導(dǎo)致液體蒸發(fā)上的差異， 使容器內(nèi)的壓力不同，于是液體便流向壓力低的容器。 重力差式跟蹤器是 1799年美國公布的一項(xiàng)專利。當(dāng)太陽偏移時(shí)，兩根空氣管受太陽的照射不同，管內(nèi)產(chǎn)生壓差，當(dāng)壓力達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，壓差執(zhí)行器就發(fā)出跟蹤信號(hào)，用壓力為。這種跟蹤裝置在多云天氣下仍可正常工作，但是存在累計(jì)誤差 ，并且自身不能消除。 （ 2） 程序控制式太陽跟蹤裝置是與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的。為了完成這兩個(gè)方向上的跟蹤，機(jī)構(gòu)應(yīng)該采用子午坐標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。 （ 1） 時(shí)鐘式太陽跟蹤裝置是一種被動(dòng)式的跟蹤裝置，有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時(shí)法。 近幾年來國內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。 1998年美國加州成功的研究了八 JM兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可 以使小塊的太陽能面板硅收集更多能量，使熱收率進(jìn)一步提 跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽能收集器可以從東到西跟蹤太陽，以提高夏季能量的獲取率。太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。極軸式全跟蹤原理如圖 ，太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱 為極軸 ； 另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時(shí)刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)太陽能接收率最大 。 （ 五 ） 太陽能跟蹤技術(shù)現(xiàn)狀 現(xiàn)階段國內(nèi)外已經(jīng)有的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種 。由于接收器安裝在碟式反射鏡的焦點(diǎn)上，那么只要碟式反射鏡的中軸線跟太陽光線平行，便能保證碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能轉(zhuǎn)換效率為最大?；蛟诮裹c(diǎn)處直接放置發(fā)動(dòng)機(jī)組發(fā)電，如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組構(gòu)成的碟式太陽能斯特林發(fā)電裝置，技術(shù)上更為先進(jìn)。主要特征是采用盤 狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。 但是正是由于其高倍聚光的作用，落在光伏電池上的光斑能量很強(qiáng)，因此聚焦式光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是精確跟蹤太陽，其聚光比越大跟蹤精度要求就越高，聚光比為400時(shí)跟蹤精度要求小于 176。菲涅爾透鏡一方面對(duì)太陽光進(jìn)行聚焦，另一方面對(duì)電池組件也起保護(hù)作用。這時(shí)普通晶體硅太陽電池已無法承受，必須選用專門的材料和電池結(jié)構(gòu)制造聚光太陽電池。 圖 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 聚光太陽電池是降低太陽電池利用總成本的一種措施 。 。 在塔式系統(tǒng)中，各個(gè)定日鏡相對(duì)于中心塔有著不同的朝向和距離，因此，每個(gè)定日鏡的跟蹤都要進(jìn)行單獨(dú)的兩維控制，且各個(gè)定日鏡的控制各不相同。 圖 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) 塔式太陽能發(fā)電站的聚光子系統(tǒng)是大量按一定排列方式布置的平面反 射鏡陣列群 .它們按四個(gè)象限分布在高大的中心接收塔四周，形成一個(gè)巨大的鏡場。隨著技術(shù)的進(jìn)步，光伏系統(tǒng)的成本會(huì)越來越低，性能會(huì)越來越好，應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來越寬廣。近來一些幾瓦到幾百 瓦的中小型光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)也出現(xiàn)在生活中，如太陽能交通警示燈，高速公路上的太陽能廣告牌，太陽能路燈等。因此 ,到 20xx年世界光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝容量將達(dá)到 14～ 15GW。按照預(yù)計(jì)的發(fā)展速度 ,20xx 年美國光伏銷售達(dá)到 。目前以 %的年平均增長率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場增長率的首位。 太陽能應(yīng)用包括太陽能發(fā)電和太陽能熱利用。我國的國土跨度從南至北，自西至東，距離都在 5000km以上，總面積達(dá) 960萬平方公里，占世界陸地總面積的 7%,居世界第三位。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 接收太陽能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用 。 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻但相對(duì)于其他能源來說，太陽能對(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。在到達(dá)地球表面的太陽輻射能中，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)生的總能量的三萬五千多倍。 太陽輻射能與煤炭，石油，核能相比較。 （二） 太陽能的特點(diǎn) 太陽是一個(gè)巨大的能源，萬物生長都要依靠太陽，地球上絕大部分能源歸根究底是來自太陽的。能源短缺的形勢很嚴(yán)峻，當(dāng)前世界多數(shù)國家對(duì)能源問題都很重視。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 。能源問題關(guān)系到經(jīng) 濟(jì)是否能夠可持續(xù)發(fā)展。正是由于上述原因，世界能源問題日益嚴(yán)峻，表現(xiàn)在如下方面： 世界上大部分國家能源供應(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)。利用潔凈的太陽光能，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。 五 程序部分的設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 49 （一）流程圖設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 49 （二）程序設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 52 （三）本章小結(jié) ........................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（包括電路原理圖）。 查閱資料記錄。 四、控制部分的設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 34 （一）控制器 ................................................................................................................. 35 .............................................................................................................. 35 .......................................................................................................... 37 .......................................................................................................... 38 （二）單片機(jī)的選型 ....................................................................................................... 39 : ............................................................................................................ 39 的引腳 .................................................................................................... 40 （三）計(jì)時(shí)芯片的選型 ....................