【正文】 總輻射為 816KJ/cm2 第二，地球上，無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存在運輸問題，尤其對交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島 和邊遠(yuǎn)地區(qū)更具有利用的價值。這種全球性的能源危機，迫使各國政府投入大量的人力和財力，研究和開發(fā)新能源，如太陽能等。同時太陽能又是一種無污染的清潔能源，加強太陽能的開發(fā)，對節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境也有重大的意義 [8]。香港大學(xué)建筑系的教授研究了太陽光照角度與太陽能接收率的關(guān)系，理論分析 表明 [11]:太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差 %，精確的跟蹤太陽可使接收器的接收 效 率大大提高，進(jìn)而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域。 1990 年德國政府推出了“一千屋頂計劃” [13]，至 1997 年已完成近萬套屋頂系統(tǒng)，每套容量 1～5 千瓦，累計安裝量已達(dá) 萬千瓦。為了降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，美國政府最近制定了陽光計劃，大幅度增加了光伏發(fā)電的財政投入，加快多晶硅和薄膜半導(dǎo)體材料的研發(fā)，提高太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。 目前我國太陽能熱水器的推廣普及十分迅速 [15]， 1997 年銷售面積近 300 萬平方米，數(shù)量居世界首位。 1998 年 美 國加州成功的研究了 ATM 兩軸跟蹤器 [16]，并在太陽能面板上裝有集中陽光的 透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使 效 率進(jìn)一步提高。 (4)選取控制芯片，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計控制系統(tǒng) 。這徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) VI 種變化是周期性和可以預(yù)測的。系統(tǒng)特點：該跟蹤機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，造價低。 系統(tǒng)優(yōu)點：該跟蹤機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。小齒輪 2 帶動齒圈 2 和轉(zhuǎn)動架轉(zhuǎn)動，通過馬達(dá) 馬達(dá) 2 的共同工作實現(xiàn)對太陽方位角和高度角的跟蹤。小齒輪 2 帶動齒圈和 太陽能板 轉(zhuǎn)動，通過馬達(dá) 馬達(dá) 2 的共同工作實現(xiàn)對太陽方位角和高度角的跟蹤。 在設(shè)定跟蹤地點和基準(zhǔn)零點后，控制系統(tǒng)會按照太陽的地平坐標(biāo)公式自動運算太陽的高度角和方位角。同時，還要通過儀器底部的水平準(zhǔn)直儀將底面調(diào)節(jié)到 與地面保持水平，使儀器的高度角零點處于地面水平面內(nèi)。 圖 26五象限光電轉(zhuǎn)換器原理 在上述 5 象限中為跟蹤定位測向象限， V 象限為主測象限。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) XI 圖 27鏡筒結(jié)構(gòu) 圖 28光線與光軸不垂直時 理論上，鏡筒越長，光電池的靈敏度愈高，但是鏡筒長度和透鏡的參數(shù)也有關(guān)系，不可能無限制增長，通常鏡筒長度，以取 1030cm 為宜。 如果兩者結(jié)合，各取其長處，可以獲得較滿意的跟蹤結(jié)果。利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。 尺寸 計算 初選模數(shù) m=4mm,中心距 a=260，轉(zhuǎn)動比 i=4。 查 文獻(xiàn) [28]表 得 齒間載荷分配系數(shù) KHa 。 許用接觸應(yīng)力 []H? l im 1 11m inl im 2 22m in71 0 1. 2[ ] 68 11. 2558 0 1. 25[ ] 60 41. 2HNHHHNHHZ MPSZ MPS?????? ? ??? ? ? 式 () 驗算 許用接觸應(yīng)力 []H? 121422 1[]2 2. 84 2 10 4 118 9. 8 2. 5 0. 8712 0 10 0 414 1 60 4H E HKT uZ Z Zbd uM P a M P a?????? ? ? ?? ? ? ? ???? 式 () 計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸 無需調(diào)整 。 一般 Z1=25， ? =8 到 15 度 （ ? 為分度圓螺旋角） 。 4112 2 6 .5 1 0 10401251 .3 5 1 0 4 0 9 .3 6150AtTF t NdkF Nmmb??? ? ????徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) XVIII 載荷 系數(shù) 查 文獻(xiàn) [28]表 得 彈性系數(shù) EZ ＝ 。 取齒寬系數(shù) d? = b= d? = 125=150 則取大齒輪寬度 b2=150,小齒輪寬度 b1=155。 7N L 2 = N L 1 /i = 2 .1 7 1 2 5 1 0? 彎曲壽命系數(shù) Y N 1 = 0 .9 8 Y N 2 = 0 .9 9 尺寸系數(shù) :查 文獻(xiàn) [28]圖 xY = 。 查 文獻(xiàn) [28]表 得 接觸最小安全系數(shù) 為 。 大齒輪 直徑 2 4 1 0 02 4 0 6c o s c o s 1 0mzd ? ?? ? ? ， 取 d2=405mm。 齒輪 連接著主軸上，主軸安裝在支架上 (主軸相對于支架可以轉(zhuǎn)動 )， 步進(jìn)電機 2 安裝在主軸前端的一塊板上， 步進(jìn)電機 2 的輸出軸連接小齒輪 2，小齒輪 2 與齒圈嚙合，齒圈連接著 太陽能板 ，轉(zhuǎn)動架安裝在主軸上。 這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過程穩(wěn)定，應(yīng)用于目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。 視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 由上述討論可知 [27]，開環(huán)的程序跟蹤存在許多局限性，主要是在開始運行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動調(diào)整等。當(dāng)太陽光與光軸成一角度時，光線經(jīng)過透鏡照射到 5 片光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移，如圖 28所示。控制組件主要接受從位置檢測器來的微弱信號，經(jīng)放大后送到跟蹤頭，跟蹤頭實為跟蹤裝置的執(zhí)行元件 。 由 此 可以看出，該種跟蹤方案不論采取何種算法，算法過程都十分復(fù)雜，計算量的增大會增加控制系統(tǒng)的成本。 太陽跟蹤裝置采用地平坐標(biāo)系較為直觀方便，操作性強，但也存在軌跡坐標(biāo)計算沒有具體公式可用的問題。 本課題的機械設(shè)計方案 圖 24本課題的機械設(shè)計方案 機構(gòu)結(jié)構(gòu)：馬達(dá) 1固定在支架上，馬達(dá) 1 的輸出軸連接小齒輪 1，小齒輪 1與大齒輪嚙合。 齒圈轉(zhuǎn)動 式 跟蹤器 機構(gòu)結(jié)構(gòu) [21]：馬達(dá) 1固定在支架上，馬達(dá) 1的輸出軸連接小齒輪 1，小齒輪 1與齒圈1 嚙合。受到了較好的保護(hù)，提高了傳動裝置的壽命。 立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤器 圖 21立柱轉(zhuǎn)動式跟蹤器 跟蹤器的結(jié)構(gòu) [19]： 大 齒輪固定在底座上，主軸及其支撐軸承安裝在底座上面 (主軸相對于底座可以轉(zhuǎn)動 )，小齒輪與大齒輪嚙合，小齒輪連接馬達(dá) 1的輸出軸。 第三章 ,太陽自動追蹤系統(tǒng)機械設(shè)計部分，主要是機械設(shè)計和計算，裝配圖及其零件圖 。 論文的研究內(nèi)容 本文所介紹的太陽跟蹤裝置采用了 光電追蹤方式 ，可實現(xiàn) 大范圍、高精度跟蹤。由國家投資 1700 萬元修建的西藏第三座太陽能電站 —— 安多光伏電站，總裝機容量 100 千瓦，于 1998 年 12月建成發(fā)電。 意大利 1998 年開始實行“全國太陽能屋頂計劃”， 將于 2021 年完成，總投入 5500 億里拉，總?cè)萘窟_(dá) 5 萬千瓦。截至 2021 年年底，德國共有 670 萬平方米的屋頂鋪設(shè)了太陽能集熱器，每年可生產(chǎn) 4700 兆瓦的熱量。日本將太陽能的利用分為太陽光能和熱能兩種。 解決這一問題應(yīng)從兩個方面入手 [10]，一是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，二是提高太陽能的接收效率，前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決。因此越來越多的國家都在致力于對可再生能源的深度開發(fā)和廣泛利用。 第二，大氣影響較大，給使用帶來不少困難。其它地區(qū)的太陽年輻射總量居中。 A，中值為586KJ/cm2 雖然在可預(yù)見的將來，煤炭、石油、天然氣等礦物燃料仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，但人們對核能以及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水力能、生物能等可持續(xù)能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。 當(dāng) 兩個光敏電阻接收到的光強度 不 相同 時，通過運放比較電路 將信號送給 單片機 ，驅(qū)動步進(jìn) 電機 正 反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電池板對太陽的跟蹤 。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) II 摘要 人類正面臨著石油和煤炭等礦物燃料枯竭的嚴(yán)重威脅，太陽能作為一種新型能源具有儲 量無限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟等優(yōu)點，但是太陽能又存在著低密度、間歇性、空間分布不斷變化的缺點，這就使目前的一系列太陽能設(shè)備對太陽能的利用率不高。 圖書分類號： 密 級： 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 自動跟蹤太陽智能型太陽能系統(tǒng)設(shè)計 DESIGN OF INTELLIGENT AND AUTOMATIC TRACKING SYSTEM FOR SOLAR ENERGY 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 徐州工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機械設(shè)計及其自動化 指導(dǎo)教師 2021 年 6 月 2 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) I 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工 作所取得的成果。 太陽光線自動跟蹤裝置解決 了 太陽能利用率不高 的 問題。 關(guān)鍵詞 太陽能 ； 跟蹤 ； 光敏電阻； 單片機 ； 步進(jìn)電機 全套圖紙，加 153893706 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) III Abstract Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on. These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar. In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. First, the mechanical part is designed. Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun39。據(jù)統(tǒng)計 [2]， 20世紀(jì) 90年代，全球煤炭和石油的發(fā)電量每年增長 l%，而太陽能發(fā)電每 年增長達(dá) 20%，風(fēng)力發(fā)電的年增長率更是高達(dá) 26%。 A。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) II 目前太陽能的開發(fā)和利用 人類直接利用太陽能有三大技術(shù)領(lǐng)域 [4]，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換 和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，此外，還有儲能技術(shù)。 課題研究的目的 本課題研究一種基于 光電 傳感器的 太陽光線自動跟蹤裝置，該裝置能自動跟蹤太陽光線的運動 ，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高設(shè)備的能量利用率。其中具有獨特優(yōu)勢的太陽能開發(fā)前景廣闊。太陽跟蹤系統(tǒng)為解決這一問題提供了可能。太陽光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能。已用 4%的德國家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽能，估計每年可節(jié)約 億升取暖用油。印度也于 1997 年 12 月宣布，將在 2021 年前推廣 150 萬套太陽能屋頂系統(tǒng)。這也是世界海拔最高、中國裝機容量最大的太陽能電站。論文的主要工作包括 : (l)分析太陽運行規(guī)律，比較國內(nèi)外主要的幾種跟蹤方案，提出合理的跟蹤策略 。 第四章 ,自動跟蹤系 統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) ,光電轉(zhuǎn)換器 ,單片機及其外圍電路