【正文】 ................. 31 （二）減速裝置的選型 ................................................................................................... 32 （三）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型 ................................................................................................... 33 （四）本章小結(jié) ........................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 設(shè)計(jì)程序、圖紙的電子文檔。 本設(shè)計(jì)嘗試設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)跟蹤太陽光照射角度的雙軸自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以提高太陽能 電池的光 電轉(zhuǎn)化率。 由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(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。天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在 13180~152900兆立方米，年開采量維持在 2300兆立方米，將在 57一 65年內(nèi)枯竭 。煤炭 ，石油都是古時(shí)候由動(dòng)物或植物存儲(chǔ)下來的太陽能。太陽的壽命至少尚有 40億年，相對(duì)于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球能源的時(shí)間可以是無限的。二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽能利用己具經(jīng)濟(jì)性。太陽能發(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。發(fā)展中國家的光伏產(chǎn)業(yè)近幾年一直保持世界光伏組件產(chǎn)量的 10%左右。 20xx年我國系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量為 70MW，《中華人民共和國可再生能源法》，承諾 20xx年太陽能光伏累計(jì)裝機(jī)容量 450MW。由于接收器的安裝是固定不變的，為了使一天中所有時(shí)刻的太陽輻射都能通過反射鏡面反射到固定不動(dòng)太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 的接收器上，反射鏡必須設(shè)置跟蹤裝置，跟蹤過程當(dāng)中要確保定日鏡的反射光線方向保持不變。 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。 太陽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。 。 這種系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，作為無電邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型電源，一般功率為 1025kW，聚光鏡直徑約 1015m。 (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。工作時(shí)太陽能設(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)太陽高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。 20xx年 2月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，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。根據(jù)太陽在天空中每分鐘的運(yùn)動(dòng)角度，計(jì)算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而確定出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應(yīng)變動(dòng)。首先利用一套公式通過計(jì)算機(jī)算出在給定時(shí)間的太陽的位置，再計(jì)算出跟蹤裝置被要求的位置 ，最后通過電機(jī)傳動(dòng)太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 裝置達(dá)到要求的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的跟蹤。 .IMPa的自來水作為跟蹤動(dòng)力 (若無自來水，可裝一只容積為 ZL的壓力水箱 )。液體多的容器重量增加，使裝置傾斜而跟蹤太陽，直至對(duì)準(zhǔn)時(shí)為止。 當(dāng)太陽光線向西偏移一個(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。 控放式太陽跟蹤裝置由配重塊、彈簧、杠桿、制動(dòng)裝置、電磁鐵等部分組成。此時(shí)遮光板又重新?lián)踝￡柟猓柲茈姵剡M(jìn)入陰影區(qū)，電磁鐵釋放，完成跟蹤。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 。其中一對(duì)光電阻 (PI， P3)東西對(duì)稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略的檢測(cè)太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度即方位角 。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)。理論上講，圓筒的長度越長，跟蹤器的精度就越高。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置。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸、 四軸式跟蹤器。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。減速器的傳動(dòng)比為 1:120，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 120176。 的步距角就可以算出相應(yīng)的脈沖數(shù)。由于影響跟蹤精度的因素很多，不僅跟當(dāng)?shù)鼐暥?、太陽赤緯角、太陽時(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。 對(duì)太陽能的利用一般都是采用太陽能采集裝置把太陽能量轉(zhuǎn)化為其他類型的可用能源而加以利用，在本研究中，確定了使用太陽能電池 板 把太陽能量轉(zhuǎn)化為電能。 控制部分 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 太陽能采集裝置 直流負(fù)載 交流負(fù)載 逆變器 貯能裝置 圖 跟蹤系統(tǒng)的基本構(gòu) 成 控制器 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 本光伏發(fā)電系統(tǒng) 的目的即是 對(duì)太陽能進(jìn)行有效的吸收，從而盡可能多的把太陽能量轉(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。選取的是普通的市面常見的裝置，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。 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 在本系統(tǒng)中，要根據(jù)即時(shí)時(shí)間進(jìn)行太陽角度的運(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。 蓄電池在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電方式為 ： 當(dāng)太陽能電池板的電勢(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)。 作為在本太陽能光伏發(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 ； 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 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 。 光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般采用充電控制器來控制充電過程，并對(duì)過充電進(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） 開關(guān)，脈沖充電電路。 地球除了自轉(zhuǎn)外，還繞太陽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。在周日視運(yùn)動(dòng)中，太陽出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。夏至過后，太陽正午高度逐日降低，同時(shí)白晝縮短，太陽的升落又趨向正東和正西。黑夜最長，這時(shí)地球北半球天文冬季開始。冬季最小變化到冬至日的 23176。 27180。 秋分過后，太陽的生落點(diǎn)逐日移向南方，白晝時(shí)間縮短，黑夜時(shí)間增長，正午時(shí)候太陽的高度逐日降低。 夏至日 (6月 2日 )，太陽正午高度達(dá)到最大值 90176。因此，地球處于運(yùn)行軌道不同位置時(shí)，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。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(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。無論太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是大還是小，是簡單還是復(fù)雜，充電控制器都必不可少。堿性蓄電池維護(hù)容易，壽命較長，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，不易損壞，但價(jià)格昂貴，制造工藝復(fù)雜。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。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。因此，太陽能電池 需要 通過膠封、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)使用的太陽能電池發(fā)電器件，稱為太陽能電池組件。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)盡量簡潔，避免過于復(fù)雜和 昂貴 ，要便于安裝和維護(hù)。 圖 太陽集熱跟蹤臺(tái) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 主程序開始 跟蹤臺(tái)自動(dòng)回零 實(shí)驗(yàn)初始參數(shù)設(shè)置 試驗(yàn)開始？ 自動(dòng)跟蹤子程序 數(shù)據(jù)采集子程序 流量控制子程序 溫度控制子程序 數(shù)據(jù)處理子 程序 試驗(yàn)結(jié)束？ 主程序結(jié)束 N N Y Y 圖 試驗(yàn)主流程圖 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 （ 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)，從而說明了利用太陽能做為一種新型能源是有效而可行的，太陽能是一種清潔環(huán)保并且用之不竭的能源，如何對(duì)其進(jìn)行利用將是未來能源研究發(fā)展的趨勢(shì)。然后根據(jù)太陽當(dāng)前位置從零點(diǎn)處自動(dòng)快速指向太陽 。 /，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/ 。 ，因此需要對(duì)太陽進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。 未來的太陽跟蹤裝置應(yīng)采用全自動(dòng)跟蹤陣。 （ 6） 用于天文觀測(cè)和氣象臺(tái)的太陽跟蹤裝置 。當(dāng)使用長圓筒時(shí)，假設(shè)太陽光線偏離一個(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角度超過了范圍 A，圓筒內(nèi)部兩個(gè) 光電阻產(chǎn)生了照度差值，該信號(hào)經(jīng)過處理放大，控制跟蹤器跟蹤上太陽 ； 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)部兩個(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。 為了使傳感器準(zhǔn)確的跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)，首先要通過試驗(yàn)找出較為合適的光敏電阻。另一對(duì)光電阻 (P6， PS)南北對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測(cè)太陽的視高度，傳感器外形如圖 。與前 兩種跟蹤裝置相比，光電式跟蹤器可通過反饋消除誤差，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 。由于系統(tǒng)的慣性很大，如不采取措施往往會(huì)跟蹤過頭，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。電磁鐵的動(dòng)力又由硅太陽能電池板供給。缺點(diǎn)是沒有足夠的工作空間，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)陽光 ，因此精度比較低。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。跟蹤器是裝在太陽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。 （ 3） 壓差式太陽跟蹤裝置 .武漢市電子產(chǎn)品研究所，參考國外單軸跟蹤太陽時(shí)角的熱水器，研制了一種壓差式單軸太陽跟蹤器，現(xiàn)己用在太陽能熱水器上。這種跟蹤裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡單。 1929 年推出了太陽灶 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng) 。工作時(shí) 太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分根據(jù)太陽的視日運(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)改變太陽能設(shè)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光線平行。而在早上或下午太陽光線都是斜射。圖 式太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝置。碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)大體上由 3部分組成 :旋轉(zhuǎn)拋物面太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 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) )，不被太陽光直射，因而便于散熱，使電池的溫度低，效率較高。它通過聚光器而使較大面積的太陽光會(huì)聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，形成“焦斑 ” 或“ 焦帶”，并將太陽電池置于 這種“ 焦斑 ” 或 “ 焦帶 ” 上，以增加光強(qiáng)，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 的電能輸出。所以，在太陽能熱發(fā)電站中，塔式電站的控制系統(tǒng)最為復(fù)雜。 （ 四 ） 幾種主要的太 陽能發(fā)電裝置 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作過程是：太陽輻射熱被定日鏡反射集中后，被塔頂?shù)慕邮掌魑眨邮掌魃系木酃獗堵士沙^ 1000倍。 太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的重要方式 , 隨著國家西部開發(fā)政策的推行及光明工程的實(shí)施 , 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)取得了較快發(fā)展。日本通產(chǎn)省 (MITI)第二次新能源分委會(huì)宣布了光伏、風(fēng)能和太陽熱利用計(jì)劃 ,20xx年光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 5GW。在我國廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽能資源。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。有如下的優(yōu)點(diǎn) : “無限性” 太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用能量巨大。新能源技術(shù)及節(jié)能技術(shù)太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的極大關(guān)注。 關(guān)鍵字： 太陽能電池 太陽照射角 自動(dòng)跟蹤 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 Abstract With the conventinuous c