【正文】 由一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，繞垂直于當(dāng)?shù)厮矫娴妮S旋轉(zhuǎn)，用以跟蹤太陽(yáng)的方位角，其控制流程為 :步進(jìn)電機(jī)一諧波減速器 (降速增矩、角度細(xì) 分 )一水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)。裝置由光敏探頭檢測(cè)太陽(yáng)光強(qiáng)，通過(guò)跟蹤控制器，采用模擬壓差比較原理進(jìn)行比較，發(fā)出命令，驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分轉(zhuǎn)動(dòng)。這些裝置靠互相垂直的兩條軸旋轉(zhuǎn)跟蹤天體，最常用的兩軸裝置有地平式和赤道式兩種?！岸嘣ā碧?yáng)跟蹤裝置的傳感器結(jié)構(gòu)如圖 。其次要設(shè)計(jì)長(zhǎng)度合適的圓筒。當(dāng)太陽(yáng)光偏離垂直方向一個(gè)較小的角度時(shí) (Pl， P3)這一對(duì)光電阻可能受環(huán)境散射光的影響，不會(huì)反應(yīng)出太陽(yáng)光線的變化 。設(shè)置一個(gè)圓筒形外殼，在圓筒外部，東、南、西、北四個(gè)方向上分別布置 4只光電阻 。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)跟蹤，成本低廉，不用外接電源，使收集到的能源充分轉(zhuǎn)化利用。信號(hào)經(jīng)放大，使高靈敏的繼電器動(dòng)作，并通過(guò)執(zhí)行繼電器控制電磁鐵吸合，于是制動(dòng)裝置松開(kāi)，集熱裝置向西旋轉(zhuǎn)，直至對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光。這種把原動(dòng)力與控制部件分離的方法，可以簡(jiǎn)化控制裝置的結(jié)構(gòu)，減少能量消耗 (面板的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能來(lái)源于偏重的勢(shì)能 )，為不用外接電源創(chuàng)造了條件。當(dāng)太陽(yáng)正對(duì)跟蹤器平板時(shí)，兩黑管的受熱面積 (投影面 )相等，黑管保持同樣的受熱狀態(tài)，液壓缸活塞的兩側(cè)受力處于平衡狀態(tài)，跟蹤器平板靜止不動(dòng)。否則一個(gè)容器接收的輻射能便較另一個(gè)容器多，從而導(dǎo)致液體蒸發(fā)上的差異， 使容器內(nèi)的壓力不同，于是液體便流向壓力低的容器。當(dāng)太陽(yáng)偏移時(shí)，兩根空氣管受太陽(yáng)的照射不同，管內(nèi)產(chǎn)生壓差，當(dāng)壓力達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，壓差執(zhí)行器就發(fā)出跟蹤信號(hào)，用壓力為。 （ 2） 程序控制式太陽(yáng)跟蹤裝置是與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的。 （ 1） 時(shí)鐘式太陽(yáng)跟蹤裝置是一種被動(dòng)式的跟蹤裝置，有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時(shí)法。 1998年美國(guó)加州成功的研究了八 JM兩軸跟蹤器，并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的涅耳透鏡，這樣可 以使小塊的太陽(yáng)能面板硅收集更多能量，使熱收率進(jìn)一步提 跟蹤裝置，該裝置通過(guò)大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽(yáng)能接收器可從東到西跟蹤太陽(yáng)，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽(yáng)能收集器可以從東到西跟蹤太陽(yáng)，以提高夏季能量的獲取率。極軸式全跟蹤原理如圖 ，太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱 為極軸 ； 另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。 （ 五 ） 太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)現(xiàn)狀 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種 ?；蛟诮裹c(diǎn)處直接放置發(fā)動(dòng)機(jī)組發(fā)電，如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組構(gòu)成的碟式太陽(yáng)能斯特林發(fā)電裝置，技術(shù)上更為先進(jìn)。 但是正是由于其高倍聚光的作用，落在光伏電池上的光斑能量很強(qiáng)，因此聚焦式光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是精確跟蹤太陽(yáng)，其聚光比越大跟蹤精度要求就越高，聚光比為400時(shí)跟蹤精度要求小于 176。這時(shí)普通晶體硅太陽(yáng)電池已無(wú)法承受，必須選用專門的材料和電池結(jié)構(gòu)制造聚光太陽(yáng)電池。 。 圖 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng) 塔式太陽(yáng)能發(fā)電站的聚光子系統(tǒng)是大量按一定排列方式布置的平面反 射鏡陣列群 .它們按四個(gè)象限分布在高大的中心接收塔四周，形成一個(gè)巨大的鏡場(chǎng)。近來(lái)一些幾瓦到幾百 瓦的中小型光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)也出現(xiàn)在生活中，如太陽(yáng)能交通警示燈，高速公路上的太陽(yáng)能廣告牌，太陽(yáng)能路燈等。按照預(yù)計(jì)的發(fā)展速度 ,20xx 年美國(guó)光伏銷售達(dá)到 。 太陽(yáng)能應(yīng)用包括太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能熱利用。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用 。在到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能中，到達(dá)地球陸地表面的輻射能大約為 X 1013kW，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬(wàn)五千多倍。 （二） 太陽(yáng)能的特點(diǎn) 太陽(yáng)是一個(gè)巨大的能源，萬(wàn)物生長(zhǎng)都要依靠太陽(yáng)，地球上絕大部分能源歸根究底是來(lái)自太陽(yáng)的。據(jù)有關(guān)資料顯示 :石油儲(chǔ)量的綜合估算，可支配的化學(xué)能源的極限大約為 1180一 1510億噸，以 1995年世界石油的年開(kāi)采量 32億噸計(jì)算，石油儲(chǔ)量大約在 2050年左右宣告枯竭 。正是由于上述原因，世界能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，表現(xiàn)在如下方面： 世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，據(jù)統(tǒng)計(jì)近 10 年內(nèi)化石燃料 (煤、石油與天然氣等 )能量消耗增加了近 20倍，預(yù) 計(jì)今后十年化石燃料的用量將翻一番，但全球己探明的石油儲(chǔ)量只能用到 2050年，天然氣也只能延續(xù)到 2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。利用潔凈的太陽(yáng)光能，以半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)為基礎(chǔ)的光伏發(fā)電技術(shù)有這十分廣闊的應(yīng)用前景。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（包括電路原理圖）。 四、控制部分的設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 34 （一）控制器 ................................................................................................................. 35 .............................................................................................................. 35 .......................................................................................................... 37 .......................................................................................................... 38 （二）單片機(jī)的選型 ....................................................................................................... 39 : ............................................................................................................ 39 的引腳 .................................................................................................... 40 （三）計(jì)時(shí)芯片的選型 ................................................................................................... 44 太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) II （四）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選型 ..................................................................................... 46 （五）整體電路圖的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 49 （六）本章小結(jié) ........................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 目前本設(shè)計(jì)僅通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算公式得到的數(shù)據(jù)，對(duì)東西向進(jìn)行每小時(shí)一次的角度改變，南北向進(jìn)行每天一次的角度改變，再通過(guò)單 片機(jī)的判斷進(jìn)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。這一問(wèn)題己提到全球的議事日程，有關(guān)國(guó)際組織己召開(kāi)多次會(huì)議，限制各國(guó) COZ等溫室氣體的排放量。鈾的年開(kāi)采量目前為每年 6萬(wàn)噸，根據(jù) 1993年世界能源委員會(huì)的估計(jì)可維持到 21世紀(jì) 30年代中期，核聚變?cè)?2050年前沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的希望。而相對(duì)于日益枯竭的化石能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能似乎是未來(lái)社會(huì)能源的希望所在。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。 （三） 國(guó)內(nèi)外太 陽(yáng)能應(yīng)用的現(xiàn)狀 我國(guó)地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。世界光伏產(chǎn)業(yè)從 1999年的 201MW增加到 20xx年的 1100MW。 其中印度近幾年發(fā)展迅速 ,居發(fā)展中國(guó)家領(lǐng)先地位 ,目前光伏系統(tǒng)的年生產(chǎn)量約 10MW,累計(jì)安裝量 40～ 50MW。 雖然我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電水平有了相當(dāng)程度的提高，但是離大規(guī)模的應(yīng)用推廣還有很大的距離，光伏產(chǎn)業(yè)還處于成長(zhǎng)期。對(duì)于定日鏡來(lái)說(shuō)，如果入射光線在太陽(yáng)方位角和高度角方向分別偏轉(zhuǎn) ? 角度時(shí)，定日鏡也需要各自在方位角和高度角方向偏轉(zhuǎn) ? /2角度。聚光電池陣列由若干聚光電池串并聯(lián)構(gòu)成，若干陣列的串并聯(lián)還可構(gòu)成不同規(guī)模的聚光光伏發(fā)電系統(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(diǎn)。 碟式系統(tǒng)也稱盤式系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡一般有幾十塊鏡面組構(gòu)而成，用剛結(jié)構(gòu)環(huán)作支撐體，整個(gè)盤鏡通過(guò)太陽(yáng)高度角和方位角齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在鋼結(jié)構(gòu)機(jī)架上，通過(guò)雙軸跟蹤裝置控制即時(shí)跟蹤太陽(yáng)。 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(zhuǎn)軸 (或 焦線 )東西向布置，根據(jù)事先計(jì)算的太陽(yáng)方位的變化 ， 太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分繞轉(zhuǎn)軸作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。 圖 極軸式跟蹤 高度 角 方位角式太陽(yáng)跟蹤方法又稱為地平坐標(biāo)系雙軸跟蹤，其原理如圖 。捷克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。這 樣反射器就能全年和入射陽(yáng)光相垂直，達(dá)到跟蹤太陽(yáng)的目的。首先計(jì)算出太陽(yáng)的位置，然后求出每個(gè)反射鏡要求的位置，再通過(guò)固定在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)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(shí)際位置，最后把反射鏡要求所處的位置同實(shí)際上所處的位置進(jìn)行比較，偏差信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng) 機(jī)，使反射裝置對(duì)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤 I38)。 與此相類似的太陽(yáng)跟蹤裝置還有重力差式跟蹤器和液壓式跟蹤器。這種太陽(yáng)跟蹤器在夜間能自動(dòng)返回原來(lái)的位置。第二天早上日出東方，曬熱右側(cè)黑管，液壓缸帶動(dòng)跟蹤器迅速做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，重新對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)集熱。重力的控放由彈簧通過(guò)制動(dòng)裝置和杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。因多云天氣太陽(yáng)被云層遮擋的時(shí) (aJ太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 較長(zhǎng)，跟蹤器常因失去目標(biāo)而停止動(dòng)作。 （ 5） 光電式太陽(yáng)跟蹤裝置。在圓筒內(nèi)部，東、南、西、北四個(gè)方向上也分別布置 4只光電阻 。當(dāng)太陽(yáng)光偏離了一個(gè)較大的角度時(shí) (陰雨天或者烏云過(guò)后 )，筒內(nèi)的傳感器可能接收不到太陽(yáng)光，筒外 的傳感器就能反應(yīng)出照度差值，該信號(hào)經(jīng)放大后送入控制單元，控制跟蹤器開(kāi)始工作。假設(shè)圓筒內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光電阻同時(shí)直接受到太陽(yáng)光照射的情況下，長(zhǎng)圓筒允許太陽(yáng)光偏離角度的范圍為 A，如圖 ，即太陽(yáng)光線的偏離角度在 A的范圍內(nèi)，長(zhǎng)圓筒內(nèi)部的兩個(gè)光敏電阻不會(huì)出現(xiàn)照度差 。“多元法”太陽(yáng)定位裝置由 6個(gè)單方向定位裝置構(gòu)成，并且它們共用正中央的光敏電阻。另一類是定日式，它將太陽(yáng)光反射到所設(shè)計(jì)的固定方向，太陽(yáng)作周日視運(yùn)動(dòng)，赤道裝置繞極軸按周日角速度勻速運(yùn)動(dòng)，抵消地球自轉(zhuǎn)，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(yáng)赤緯相同，實(shí)現(xiàn)跟蹤。 （ 7）地平坐標(biāo)系跟蹤方法的應(yīng)用 國(guó)家太陽(yáng)能檢測(cè)中心開(kāi)發(fā)了一套太陽(yáng)集熱器性能測(cè)試系統(tǒng)，其中就包括了太陽(yáng)跟蹤器。 ，以步進(jìn)電機(jī) 的步距角計(jì)算，當(dāng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng) 1176。該裝置是檢測(cè)中心作試驗(yàn)用的，試驗(yàn)主程序流程如圖 。校正可以選擇任一天中的 幾個(gè)不同時(shí)刻進(jìn)行，得到一組高度角和方位角的校正系數(shù)，取其平均值。在本課題中采用的是雙軸跟蹤的方法對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行即時(shí)跟蹤，使太陽(yáng)能接收裝置能夠始終正對(duì)太陽(yáng)，從而提高吸收效率。 但是 太陽(yáng)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(zhuǎn)化的效率就會(huì)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。 在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)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(dòng)。在本系統(tǒng)中使用的時(shí)間芯片是 8563，用來(lái)進(jìn)行時(shí)間的控制。 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。通過(guò)逆變器產(chǎn)生的交流電，就可以廣泛應(yīng)用于普通的交流用電器。所用開(kāi)關(guān)器件，可以是繼電器，也可是 MOS晶體管。 27180。 ? (? 為觀察者當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?)。 )，地球北半球的天文秋季 開(kāi)始。 （ 1） Coper方程 太陽(yáng)光線與地球赤道面的交角就 是太陽(yáng)的赤緯角，以占表示。.太陽(yáng)赤緯隨季節(jié)變化，按照 Coper方程， 由式 (41)計(jì)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(yáng)赤緯為 : 太陽(yáng)能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 ? =? () （ 2） 太陽(yáng)角的計(jì)算 如圖 ，指向太陽(yáng)的向量 S? 與天頂 Z的夾角定義為天頂角，用 ?