【正文】 夏天最大變化到夏至日的 +23176。 ? 23176。 27180。 每年的春分日 (3月 12日 )，太陽(yáng)從赤道以南到達(dá)赤道 (太陽(yáng)的赤緯占 ? =0176。 （ 三 ） 太陽(yáng)照射規(guī)律 眾所周知 ，地球每天為圍繞通過(guò)它本身南極和北極的“地軸”自西向東自轉(zhuǎn)一周。 蓄電池充電控制通常是由控制電壓或分并聯(lián)調(diào)節(jié)器、串聯(lián)調(diào)節(jié)器，齊納二級(jí)管 （ 硅穩(wěn)壓管 ） ，次級(jí)方陣開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電流來(lái)完成的。 本系統(tǒng)能對(duì)太陽(yáng)能量加以吸收和轉(zhuǎn)化，并將其產(chǎn)生的電能貯存起來(lái)，但是因?yàn)殂U酸蓄電池提供的是直流電，不能直接給交流用電 器供電，普通的用電器的電壓為 220V交流電，因此必須采用逆變器將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)化為普通用電器可以使用的交流電。本太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制部分選用的 AT89C51單片機(jī)。并且，太陽(yáng)的角度控制要求精確，要合理的選取渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的傳動(dòng)比為 50:1即可 達(dá)到要求。 由于本太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)要求最大限度的利用太陽(yáng)能，因此必須要研制一套機(jī)構(gòu)用來(lái)跟蹤太陽(yáng)的實(shí)時(shí)位置。 （二）跟蹤系統(tǒng)的組成 跟蹤 系統(tǒng)主要構(gòu)成 一般為：（ 1） 太陽(yáng)能采集裝置 ；（ 2） 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) ；（ 3） 控制部分 ；（ 4） 貯能裝置 ；（ 5） 逆變器 。為本課題中太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)提供了 基礎(chǔ)和依據(jù) 。自動(dòng)跟蹤子程序流程見圖 。同步帶輪與絲杠的傳動(dòng)比為 2:1，當(dāng)步進(jìn)電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1圈即 360176。集熱器固定在臺(tái)架平面上 ?？刂撇捎霉?、機(jī)、電一體化技術(shù)，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光強(qiáng)弱的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的全自動(dòng)跟蹤，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、電信、氣象等領(lǐng)域中。隨著天體光學(xué)的發(fā)展，十九世紀(jì)中葉之后，相繼出現(xiàn)了折軸望遠(yuǎn)鏡、定日鏡、定天鏡等。 圖 不同長(zhǎng)度圓筒的太陽(yáng)光偏離角度方位示意圖 太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 “多元法”太陽(yáng)跟蹤裝置得傳感器結(jié)構(gòu) “多元法”太陽(yáng)跟蹤裝置。但提高光敏電阻的阻值，使得相應(yīng)的供電電源的電壓要變大才能驅(qū)動(dòng)跟蹤器，提高了能耗及其成本。當(dāng)太陽(yáng)光線以與傳感器板垂直的方向照射到 傳感器上，兩組光電阻 (PI， P3)， (P5， P7)接收到的光照度相同，比較電路的輸出值為零。 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) 16 圖 比較式太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)得傳感器外形圖 比較控制式太陽(yáng)跟蹤裝置?？胤攀礁櫰鬟m合于聚光型的集熱裝置，如聚光型熱水器、太陽(yáng)灶等。一但太陽(yáng)西移，遮光板的陰影隨之移動(dòng)，太陽(yáng)能電池便受到陽(yáng)光照射，輸出一定數(shù)值的電流，從而發(fā)出偏移信號(hào)?？胤攀教?yáng)跟蹤裝置對(duì)太陽(yáng)方位角進(jìn)行單向跟蹤，操作時(shí)，在太陽(yáng)能接受面板西側(cè)安放一偏重，作為太陽(yáng)能接受面板向西轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，并利用控放式自動(dòng)跟隨裝置對(duì)此動(dòng)力的釋放加以控制，使鏡面隨著太陽(yáng)的西偏而轉(zhuǎn)動(dòng)。黑管內(nèi)充有低沸點(diǎn)的液體太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 物質(zhì)，在常溫下，部分液體汽化形成飽和蒸汽，同時(shí)產(chǎn)生一定的飽和蒸汽壓，通過(guò)膠管驅(qū)動(dòng)雙桿雙作用液壓缸運(yùn)動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)跟蹤目的。在容器的適當(dāng)位置裝有太陽(yáng)能擋板，只有在裝置對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)輻射能才可等量地照射到兩個(gè)容器上。為了取得太陽(yáng)的偏移信號(hào)，在反射鏡周邊設(shè)有一組空氣管作為時(shí)角的跟蹤傳感器。太陽(yáng)的高度角隨季節(jié)的變化不是均勻的，對(duì)這種屬于被動(dòng)式的跟蹤裝置，單軸跟蹤系統(tǒng)需要在每天開始工作時(shí)調(diào)整角度以對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，雙軸跟蹤系統(tǒng)累積誤差比較大，需要定期進(jìn)行校正。 不論是 單 軸跟蹤或 雙軸跟蹤，太陽(yáng)跟蹤裝置可分為 ： 時(shí)鐘式、程序控制式、壓差式、控放式、光電式和用于天文觀測(cè)和氣象臺(tái)的太陽(yáng)跟蹤裝置幾種。 圖 高度 方位角式全跟蹤 目前 ， 國(guó)外對(duì)于太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置 (或稱為太陽(yáng)跟蹤器 )的研究有，美國(guó) Blackace，在 1997年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 方向則通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器對(duì) 太陽(yáng)能的熱接收率提高了 15%。 (2)雙軸跟蹤又可以分為兩種方式 :極軸式全跟蹤和高度一方位角式全跟蹤。但是這種跟蹤方式算法復(fù)雜，成本高，太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 對(duì)于小型碟式發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以考慮使用高精度傳感器跟蹤裝置來(lái)降低成本。在焦點(diǎn)處放置陽(yáng)光接收器，加熱工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力發(fā)電裝置發(fā)電 。跟蹤過(guò)程當(dāng)中就是要確保太陽(yáng)光線與透鏡的中軸線平行。如果聚光倍率增加到幾十倍以上，聚光太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，一般應(yīng)大于20%,且需耐高倍率的太陽(yáng)輻射，特別是在較高溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得到保證，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計(jì)等方面都要進(jìn)行一些特殊考慮。定日鏡采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和傳感器跟蹤相結(jié) 合的方式進(jìn)行跟蹤，當(dāng)定日鏡和接收器表面最大距離為 300m時(shí)，其跟蹤誤差為 91m，跟蹤角度精度達(dá)到 19176。其概念設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)如圖 ，整個(gè)系統(tǒng)由 4部分組成 :聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)。這些電站都建在光照充足，地理位置偏僻，電網(wǎng)不太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 能到達(dá)的地區(qū)。美國(guó)能源部制定了從 20xx年 1月 1日開始的 5年國(guó)家光伏計(jì)劃和2020～ 2030年的長(zhǎng)期規(guī)劃 ,以實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)。 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。 可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。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 。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。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。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。 （二）翻譯 ..................................................................................................................... 60 太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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。 查閱資料記錄。 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。 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)。能源問(wèn)題關(guān)系到經(jīng) 濟(jì)是否能夠可持續(xù)發(fā)展。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。 太陽(yáng)輻射能與煤炭，石油，核能相比較。 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。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。目前以 %的年平均增長(zhǎng)率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場(chǎng)增長(zhǎng)率的首位。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。隨著技術(shù)的進(jìn)步，光伏系統(tǒng)的成本會(huì)越來(lái)越低，性能會(huì)越來(lái)越好，應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越寬廣。 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 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 聚光太陽(yáng)電池是降低太陽(yáng)電池利用總成本的一種措施 。菲涅爾透鏡一方面對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行聚焦，另一方面對(duì)電池組件也起保護(hù)作用。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。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(yáng)光線平行，便能保證碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率為最大。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時(shí)刻太陽(yáng)光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)太陽(yáng)能接收率最大 。太陽(yáng)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。 近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。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)。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。 重力差式跟蹤器是 1799年美國(guó)公布的一項(xiàng)專利。因?yàn)槿章浜罂諝庾兝洌⑶胰萜鲀?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。 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(jiǎn)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。彈簧則由電磁鐵控制。當(dāng)太陽(yáng)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(yáng)。光電式太陽(yáng)跟蹤裝置使用光敏傳感器來(lái)測(cè)定入射太陽(yáng)光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過(guò)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(yáng)光線與集熱裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤。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(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度 。高度角的跟蹤基本原理及工作方式雷同。短圓筒允許太陽(yáng)光偏離角度的范圍為 B，如圖 所示，即太陽(yáng)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。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?lè)较蜣D(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?lè)较蜣D(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(guò) 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(yáng)定位的速度，避免了為尋找太陽(yáng)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?jī)蓚€(gè)光敏電阻的間隔造成其不能連續(xù)監(jiān)測(cè)和跟蹤太陽(yáng)位置的變化，跟蹤精度有限。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(yáng)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。該中心在集熱器性能測(cè)試試驗(yàn)中，要求集熱器采光面始終垂直太陽(yáng)光線，入射角偏差不超過(guò) 5176。 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)發(fā)出120176。每當(dāng)試驗(yàn)時(shí)，跟蹤器在跟蹤太陽(yáng)前先得讓方位軸和俯仰軸自動(dòng)回零 。用正系數(shù)校正理論值存入控制程序，可以提高跟蹤精度。 本系統(tǒng)的整體研發(fā)要求是經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。不能滿足本系統(tǒng)經(jīng)久耐用的研發(fā)要求。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。 在本系統(tǒng)中，考慮選用的控制核心為單片機(jī)。比對(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。 為了最大限度地利用蓄電池的性能和延長(zhǎng)使用壽命，必須對(duì)它的充電條件加以規(guī)定和控制。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。太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 的夾角，而且地球公轉(zhuǎn)時(shí)其 自轉(zhuǎn)軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。春分過(guò)后，太陽(yáng)的生落點(diǎn)逐日移向北方，白晝時(shí)間增長(zhǎng)，黑夜時(shí)間縮短，正午時(shí)太陽(yáng)的高度逐日增加。在周日視運(yùn)動(dòng)中，太陽(yáng)多出于正東而沒(méi)于正西，白晝和黑夜等長(zhǎng)。在一年中，太陽(yáng)赤緯每天都在變化，但不超過(guò)士 23176。 27180。冬至過(guò)后，太陽(yáng)正午高度逐日升高，同時(shí)白晝?cè)鲩L(zhǎng)，太陽(yáng)的升落又趨向正東和正西，直到春分日 (3月 21日 )太陽(yáng)從赤道以南到達(dá)赤道。 秋分日 (9月 23日 )，太陽(yáng)又從赤道以北到達(dá)赤道 (太陽(yáng)的赤緯 ? =0176。太陽(yáng)在正午的高度等于 90176。地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運(yùn)行的軌道面 (黃道面 )法線傾斜成 23176。針對(duì)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。 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(guò)一定的控制邏輯，由主控制電路周期性的對(duì)