【正文】 背面各用一層透明、耐老化、黏結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，用耐濕抗酸的復合薄膜或者玻璃等其他材料做背板，通過真空層壓工藝將電池片、正面蓋板和背板薪合為一個整體，從而構成一個使用的太陽能電池發(fā)電器件，稱為太陽能電池組件。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。單片機將中央處理器、存儲器、輸入 /輸出接口電路以及定時器 /計數(shù)器單元集成在一塊芯片上，構成一個完整的計算機體系。堿性蓄電池維護容易，壽命較長，結構堅固，不易損壞，但價格昂貴，制造工藝復雜。無太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 16 論太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是大還是小，是簡單還是復雜，充電控制器都必不可少。此外，控制蓄電池的充電過程往往是通過控制蓄電池的端電壓來實現(xiàn)的，因而光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電控制器 又稱為電壓調節(jié)器。因此，地球 處于運行軌道不同位置時，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。 夏至日 (6月 2日 )，太陽正午高度達到最大值 90176。 秋分過后，太陽的生落點逐日移向南方，白晝時間縮短，黑夜時間增長，正午時候太陽的高度逐日降低。 27180。上午為正，下午為負。.太陽赤緯隨季節(jié)變化，按照 Coper方程， 由式 (41)計算 ? =(360? 365284 n? ) () 式中， n為一年中的天數(shù)，如 :在春分， n=81，則δ =0，自春分日起的第 d天的太陽赤緯為 : ? =? () （ 2）太陽角的計算 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 17 如圖 ，指向太陽的向量 S? 與天頂 Z的夾角定義為天頂角，用 ? Z 表示；向量 S? 與地平面的夾角定義為太陽高度角，用 h表示； S? 在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角 為太陽方位角，用 ? 表示。 （ 1） Coper方程 太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角，以占表示。 )，地球北半球的天文秋季開始。 ? (? 為觀察者當?shù)氐牡乩砭?度 )。 27180。所用開關器件，可以是繼電器，也可是MOS晶體管。 通過逆變器產(chǎn)生的交流電，就可以廣泛應用于普通的交流用電器。 在本光伏發(fā)電系統(tǒng)中考慮使用的蓄電池可以選用鉛酸蓄電池和堿性蓄電池。在本系統(tǒng)中使用的時間芯片是 8563，用來進行時間的控制。 在轉向機構的組成中，底座主要由普通的鋼材加工而成，便于拆卸和移動。 但是 太陽能電池本身容易破碎、易被腐蝕，若直接暴露在大氣的環(huán)境中，光電 轉化的效率就會由于環(huán)境潮濕、灰塵、酸雨等影響而下降，最后以至于破碎失效。在本課題中采用的是雙軸跟蹤的方法對太陽進行即時跟蹤，使太陽能接收裝置能夠始終正對太陽，從而提高吸收效率。校正可以選擇任一天中 的幾個不同時刻進行，得到一組高度角和方位角的校太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 13 正系數(shù)，取其平均值。該裝置是檢測中心作試驗用的，試驗主程序流程如圖 所示。以步進電機 的步距角計算，當水平轉臺轉動 1176。 （ 7）地平坐標系跟蹤方法的應用 國家太陽能檢測中心開發(fā)了一套太陽集熱器性能測試系統(tǒng)，其中就包括了太陽跟蹤器。另一類是定日式，它將太陽光反射到所設計的固定方向，太陽作周日視運動，赤道裝置繞極軸按周日角速度勻速運動，抵消地球自轉，使儀器法向保持指向天球某一固定的赤經(jīng)方向，緯軸則保證儀器法向的赤緯和太陽赤緯相同，實現(xiàn)跟蹤?！岸嘣ā碧柖ㄎ谎b置由 6個單方向定位裝置構成，并且它們共用正中央的光敏電阻。假設圓筒內(nèi)部兩個光電阻同時直接受到太陽光照射的情況下，長圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為 A，如圖 ，即太陽光線的偏離角度在 A的范圍內(nèi)，長圓筒內(nèi)部的兩個光敏電阻不會出現(xiàn)照度差 。當太陽光偏離了一個較大的角度時 (陰雨天或者烏云過后 )，筒內(nèi)的傳感器可能接收不到太陽光，筒外 的傳感器就能反應出照度差值，該信號經(jīng)放大后送入控制單元，控制跟蹤器開始工作。在圓筒內(nèi)部，東、南、西、北四個方向上也分別布置 4只光電阻 。 （ 5）光電式太陽跟蹤裝置。因多云天氣太陽被云層遮擋的時 (aJ較長，跟蹤器常因失去目標而停止動作。重力的控放由彈簧通過制動裝置和杠桿來實現(xiàn)。第二天早上日出東方，曬熱右側黑管，液壓缸帶動跟蹤器迅速做順時針轉動，重新對準太陽集熱。這種太陽跟蹤器在夜間能自動返回原來的位置。 與此相類似的太陽跟蹤裝置還有重力差式跟蹤器和液壓式跟蹤器。首先計算出太陽的位置，然后求出每個反太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 9 射鏡要求的位置，再通過固定在兩個旋轉軸 (高度角和方位角跟蹤軸 )上的 13位增量式編碼器得到反射鏡的實際位置，最后把反射鏡要求所處的位置同實際上所處的位置進行比較，偏差信號用來驅動，使反射裝置對太陽運動進行跟蹤 I38)。這 樣反射器就能全年和入射陽光相垂直，達到跟蹤太陽的目的。捷克科學院物理研究所則以形狀記憶合金調節(jié)器為基礎，通過日照溫度的變化實現(xiàn)了單軸被動式太陽跟蹤。 圖 極軸式跟蹤 高度 角 方位角式太陽跟蹤方法又稱為地平坐標系雙軸跟蹤，其原理如圖 。 圖 單軸焦線東西水平布置（南北跟蹤） 圖 3種跟蹤方式的原理，跟蹤系統(tǒng)的轉軸 (或 焦線 )東西向布置，根據(jù)事先計算的太陽方位的變化 ， 太陽能設備的能量轉換部分繞轉軸作俯仰轉動跟蹤太陽。 旋轉拋物面反射鏡一般有幾十塊鏡面組構而成，用剛結構環(huán)作支撐體，整個盤鏡通過太陽高度角和方位角齒輪傳動機構安裝在鋼結構機架上，通過雙軸跟蹤裝置控制即時跟蹤太陽。 碟式系統(tǒng)也稱盤式系統(tǒng)。菲涅爾透鏡也是聚光電池模塊的主要部件，具有體積小、重量輕、加工方便、透光率高等特點。聚光電池陣列由若干聚光電池串并聯(lián)構成，若干陣列的串并聯(lián)還可構成不同規(guī)模的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)。對于定日鏡來說，如果入射光線在太陽方位角和高度角方向分別偏轉 ? 角度時，定日鏡也需要各自在方位角和高度角方向偏轉 ? /2角度。 雖然我國太陽能發(fā)電水平有了相當程度的提高，但是離大規(guī)模的應用推廣還有很大的距離，光伏產(chǎn)業(yè)還處于成長期。 其中印度近幾年發(fā)展迅速 ,居發(fā)展中國家領先地位 ,目前光伏系統(tǒng)的年生產(chǎn)量約10MW,累計安裝量 40～ 50MW。世界光伏產(chǎn)業(yè)從 1999年的 201MW增加到20xx年的 1100MW。 （三） 國內(nèi)外太 陽能應用的現(xiàn)狀 我國地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。而相對于日益枯竭的化石能源來說，太陽能似乎是未來社會能源的希望所在。鈾的年開采量目前為每年 6萬噸，根據(jù) 1993年世界能源委員會的估計可維持到 21世紀 30年代中期，核聚變在 2050年前沒有實現(xiàn)的希望。這一問題己提到全球的議事日程，有關國際組織己召開多次會議，限制各國 COZ等溫室氣體的排放量。 目前本設計僅通過簡單的計算公式得到的數(shù)據(jù)，對東西向進行每小時一次的角度改變，南北向進行每天一次的角度改變，再通過單片機的判斷 進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。 第 1 頁 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計（論 文）主要內(nèi)容： 調查了解目前太陽能電池板的使用情況、測試垂直照射和不垂直照射的工作效率； 查閱資料，掌握 MCS— 51 單片機、控制電機及相關電路的工作原理及應用方法； 按本任務書要求完成設計 第 2 頁 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 實習報告。 設計程序、圖紙的電子文檔。能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎，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?，F(xiàn)在人們常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。太陽能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應用為人們描繪出希望。太陽放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。 太陽能像風能、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。全國各地太陽能輻射量為 3340 8400MJ/()，中值為 5852MJ/（ m2? a）。歐盟的可再生能源白皮書及相伴隨的“起飛運動”是驅動歐洲光伏發(fā)展的里程碑 ,總目標是 20xx年光伏發(fā)電裝機容量達到 3GW。目前我國已建成的較大的光伏電站有西藏雙湖 25千瓦光伏電太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 4 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。在這里把吸收的太陽七能轉換成熱能，然后由傳熱介質經(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，從而將太陽能轉換為電能。 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，是在總結太陽 I號電站試運行的基礎上，為推進塔式太陽能熱發(fā)電站商用化進程而建設的先導性工程。 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，適當考慮散熱條件即可。 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 6 圖 聚光太陽電池組件模塊的結構 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 )，可使太陽能電池轉換效率提高，在小面積的單晶硅片上獲得大的電流。碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作原理比較簡單，利用旋轉拋物面反射鏡，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。 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合的跟蹤方式。單軸跟蹤的優(yōu)點是結構簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能設備的能量轉換部分的主光軸平行，接收太陽能的效果并不理想。這種跟蹤系統(tǒng)的特點是跟蹤精度高，而且太陽能設備的能量轉換部分的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結構的設計比較容易。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，成功的應用于太陽輻射觀測 。其主要缺點是 :跟蹤精度不夠。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)通過手動調節(jié)。其中的液體 (如氟里昂 R一 12)可以互相流通。 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遮光板下方南北向安裝的溫度傳感器 (黑管 )所接受。 （ 4）控放式太陽跟蹤裝置。電池裝在集熱裝置的上方，前面設有遮光板，當集熱裝置對準太陽時恰好遮住陽光，使太陽能電池處于陰影區(qū)。當集熱裝置轉至西邊的極限位置時，觸動極限開關，切斷控制系統(tǒng)的電源 .第二天，只要將集熱裝置人工轉至向東的位置，便可開始新的跟 蹤。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。 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，假設太陽的高度角是不變的，即假設圓筒是始終在高度方向對準太陽的。當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，不能正確反應太陽光線的變化情況，會影響到跟蹤效果，跟蹤精度因此降低。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。 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。全自動太陽跟蹤裝置根據(jù)地平坐標、雙軸跟蹤原理，機構設計朝著高精度，大范圍跟蹤方向發(fā)展，在有限的接受面積上最充 分的應用太陽能，降低裝置的成本 。該跟蹤器采用地平坐標系跟蹤方式，主要由水平回轉轉臺、垂直回轉轉臺、兩臺步進電機以及集熱器臺架組成。另一臺步進電機驅動同步帶輪帶動絲杠螺母旋轉，使絲杠進行直線運動，相當于改變俯仰軸轉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 (旋轉運動 )一絲杠 (直線運動 )。接著每間隔一定時間，自動調整一次集熱器的位置，使其采光面垂直于太陽光線，實現(xiàn)實時太陽跟蹤。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有了一定的了解。在控制部分的設計中，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。 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對各種氣候條件，并且耐沖擊，可以適應各種應用條件，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。由于研發(fā)要求系統(tǒng)要結構緊湊，電機選取的為小型步進電機，輸出扭矩達不到轉向要求，因此要選用減速機構來提升輸出扭矩，在本光伏系統(tǒng)中，選取的是小型渦輪蝸桿減速機構 。單片機把各項功能部件都集成在一塊芯片上，因此它的結構緊湊、超小型化、價格低廉、 易于開發(fā)應用。從技術和經(jīng)濟方面綜合考慮，在本系統(tǒng)中貯能裝置應采用鉛酸蓄電池為宜。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)。 控制器可分為并聯(lián)控制器和串聯(lián)控制器兩種，本設計中選擇并聯(lián)控制方式。 假設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。 ? +23176。冬至日