【正文】 onsumption 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 system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy. At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the eastwest to the point of view will be changed once an hour, the northouth perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the northsouth change in control. Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future. Keywords: solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically singlechip Stepping motor 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 一 、 概述 （一） 能源與環(huán)保 隨著時(shí)代的前進(jìn)，人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度日益增加，但是與此同時(shí)人類社會(huì)的負(fù)擔(dān)和責(zé)任也隨之增加。 結(jié)論與展望 ............................................................................................................................ 57 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 58 致謝 ...................................................................................................................................... 59 外文文獻(xiàn) ......................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 調(diào)查了解目前太陽能電池板的使用情況、測(cè)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(jī)、控制電機(jī)及相關(guān)電路的工作原理及應(yīng)用方法； 按本任務(wù)書要求完成設(shè)計(jì) 第 2 頁 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 實(shí)習(xí)報(bào)告。 （一）原文 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未 定義書簽。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展得越快，人類對(duì)能源的需求就越大，利用能源時(shí)可能對(duì)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(yīng)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(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無限性，是人類理想的替代能源。全國(guó)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(yùn)動(dòng)”是驅(qū)動(dòng)歐洲光伏發(fā)展的里程碑 ,總目標(biāo)是 20xx年光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 3GW。目前我國(guó)已建成的較大的光伏電站有西藏雙湖 25千瓦光伏電站，西藏安多 100千瓦光伏電站以及目前中國(guó)最大的新疆北塔山牧場(chǎng) 150千瓦太陽能光伏電站等。在這里把吸收的太陽七能轉(zhuǎn)換成熱能，然后由傳熱介質(zhì)經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動(dòng)力機(jī)，膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最后以電能的形式輸出，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。 美國(guó)太陽 Ⅱ 號(hào)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(jié)太陽 I號(hào)電站試運(yùn)行的基礎(chǔ)上，為推進(jìn)塔式太陽能熱發(fā)電站商用化進(jìn)程而建設(shè)的先導(dǎo)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(dāng)考慮散熱條件即可。 圖 聚光太陽電池組件模塊的結(jié)構(gòu) 太陽能自動(dòng)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(zhuǎn)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(jiǎn)單，利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽光聚焦在一點(diǎn)上，即為點(diǎn)聚焦，其聚光比可以高達(dá)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(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和傳感器跟蹤相結(jié)合的跟蹤方式。單軸跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于入射光線不能始終與太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)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(diǎn)是跟蹤精度高，而且太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較容易。 1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器，完成了單軸跟蹤，國(guó)家氣象局計(jì)量站在 1990 年研制了 FST型全自動(dòng)太陽跟蹤器，成功的應(yīng)用于太陽輻射觀測(cè) 。其主要缺點(diǎn)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(dòng)調(diào)節(jié)。其中的液體 (如氟里昂 R一 12)可以互相流通。 簡(jiǎn)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(duì)位置信號(hào)由跟蹤器平板兩側(cè)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(shè)有遮光板，當(dāng)集熱裝置對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)恰好遮住陽光，使太陽能電池處于陰影區(qū)。當(dāng)集熱裝置轉(zhuǎn)至西邊的極限位置時(shí)，觸動(dòng)極限開關(guān)，切斷控制系統(tǒng)的電源 .第二天，只要將集熱裝置人工轉(zhuǎn)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(duì)太陽的高度角和方位角進(jìn)行雙軸跟蹤，現(xiàn)在單獨(dú)研究對(duì)方位角進(jìn)行跟蹤的工作原理，假設(shè)太陽的高度角是不變的，即假設(shè)圓筒是始終在高度方向?qū)?zhǔn)太陽的。當(dāng)光敏電阻的阻值較小的時(shí)候，光電阻在太陽照射下可能會(huì)很快達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)采集的信號(hào)就失真，不能正確反應(yīng)太陽光線的變化情況，會(huì)影響到跟蹤效果，跟蹤精度因此太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 降低。太陽光線偏離角度在一個(gè)較大范圍內(nèi)時(shí)，長(zhǎng)圓筒內(nèi)部的兩個(gè)光敏電阻不會(huì)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(tái)和氣象臺(tái)對(duì)太陽活動(dòng)的跟蹤觀察。全自動(dòng)太陽跟蹤裝置根據(jù)地平坐標(biāo)、雙軸跟蹤原理，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)用太陽能，降低裝置的成本 。該跟蹤器采用地平坐標(biāo)系跟蹤方式，主要由水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)以及集熱器臺(tái)架組成。另一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶輪帶動(dòng)絲杠螺母旋轉(zhuǎn)，使絲杠進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于改變俯仰軸轉(zhuǎn)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(jìn)電機(jī)一同步帶輪 (傳遞動(dòng)力卜絲杠螺母 (旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) )一絲杠 (直線運(yùn)動(dòng) )。接著每間隔一定時(shí)間，自動(dòng)調(diào)整一次集熱器的位置，太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 使其采光面垂直于太陽光線，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)太陽跟蹤。另外，本章節(jié)還對(duì) 幾種 太陽能 發(fā)電裝 置 進(jìn)行了分析， 并且 對(duì) 目前的 各種跟蹤方法的 進(jìn)行了分析對(duì)比 ， 從而對(duì)目前的太陽能跟蹤技術(shù)有了一定的了解 。在控制部分的設(shè)計(jì)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(qiáng)的執(zhí)行元件，避免頻繁發(fā)生系統(tǒng)故障。 目前市場(chǎng)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(yīng)對(duì)各種氣候條件，并且耐沖擊，可以適應(yīng)各種應(yīng)用條件，達(dá)到了長(zhǎng)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(jié)構(gòu)緊湊，電機(jī)選取的為小型步進(jìn)電機(jī)，輸出扭矩達(dá)不到轉(zhuǎn)向要求，因此要選用減速機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu) 。單片機(jī)把各項(xiàng)功能部件都集成 在一塊芯片上，因此它的結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、價(jià)格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，在本系統(tǒng)中貯能裝置應(yīng)采用鉛酸蓄電池為宜。一個(gè)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(dá)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(shè)計(jì)中選擇并聯(lián)控制方式。 假設(shè)觀察者位于地球北半球中緯度地區(qū)，我們可以對(duì)太陽在天球上的周年視運(yùn)動(dòng)情況做如下描述。 ? +23176。冬至日 (12月 2日 )，太陽正午高度達(dá)最小值 90176。的范圍。 27180。 27180。白晝最長(zhǎng)，這時(shí)候地球北半球天文夏季開始。 )，地球北半球的天文春季開始。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，一晝夜又分為 24h，所以地球每個(gè)小時(shí)自轉(zhuǎn) 15176。一般而言，蓄電池充電方法有三種 ：恒流充電、恒壓充電和恒功率充電，每種方法具有不同的電壓和電流充電特性 。 逆變器是將直流電變換為交流電的電力變換裝置，逆變器技術(shù)在電力電子技術(shù)中已經(jīng)較為成熟。 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(chǎng)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。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。 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(jiǎn)單的研發(fā)要求。 系統(tǒng) 組成 如圖 。 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。 其中，2軸為俯仰軸， X軸為方位軸。 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。水平轉(zhuǎn)臺(tái)相當(dāng)于集熱器的方位軸，