【正文】 跟蹤太陽的實時位置。并且，太陽的角度控制要求精確，要合理的選取渦輪蝸桿減速機構(gòu)的傳動比，在系統(tǒng)設(shè)計中選用的傳動比為 50:1即可達到要求。本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制部分選用的 AT89C51單片機。 本系統(tǒng)能對太陽能量加以吸收和轉(zhuǎn)化，并將其產(chǎn)生的電能貯存起來，但是因為鉛酸蓄電池提供的是直流電，不能直接給交流用電器供電，普通的用電器的電壓為 220V交流電，因此必須 采用逆變器將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)化為普通用電器可以使用的交流電。 蓄電池充電控制通常是由控制電壓或分并聯(lián)調(diào)節(jié)器、串聯(lián)調(diào)節(jié)器，齊納二級管（硅穩(wěn)壓管），次級方陣開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電流來完成的。 （三） 太陽照射規(guī)律 眾所周知 ，地球每天為圍繞通過它本身南極和北極的“地軸”自西向東自轉(zhuǎn)一周。 每年的春分日 (3月 12日 )，太陽從赤道以南到達赤道 (太陽的赤緯占 ? =0176。 27180。 ? 23176。夏天最大變化到夏至日的 +23176。 正午時 ， ? =0， cos? =1， ()式可以簡化為： sinh=sin? sin? +cos? cos? =cos(? ? ) 因為， cos（ ? ? ） =sin[90士（ ? ? ） ]，所以 sinh=sin[90土（ ? ? ） ] （ ） 正午時，若太陽在天頂以南，即 ? ? ，取 sinh=sin[90一（ ? ? ） ] 從而有， h=90+? ? （ ） 在南北回歸線內(nèi)，有時正午時太陽正對天頂，則有 ? =? ，從而 h=。冬季最小變化到冬至日的 23176。黑夜最長，這時地球北半球天文冬季開始。夏至過后，太陽正午高度逐日降低，同時白晝縮短，太陽的升落又趨向正東和正西。在周日視運動中，太陽出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。 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 )上運行，稱為“公轉(zhuǎn)”，其周期為一年。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，并對過充電進行保護，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。 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） 對輸出功率和瞬時峰值的要求 ； 2） 對逆變器輸出效率的要求 ； 3） 對逆變器輸出波形的要求 ； 4） 對逆變器輸入直流電壓的要求 。 蓄電池在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充電方式為 ： 當太陽能電池板的電勢大于蓄電池的電勢時，電能充入蓄電池，蓄電池處于充電狀態(tài)。 在本系統(tǒng)中，要根據(jù)即時時間進行太陽角度的運算，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。選取的是普通的市面常見的裝置，這樣能使整個轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高。 本光伏發(fā)電系統(tǒng) 的目的即是 對太陽能進行有效的吸收，從而盡可能多的把太陽能量轉(zhuǎn)化為可用電能，提供給耗電負載使用，起到節(jié)省能源的目的。 對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。由于影響跟蹤精度的因素很多，不僅跟當?shù)鼐暥?、太陽赤緯角、太陽時角的取值有關(guān)，還跟步進電機的精度以及跟蹤轉(zhuǎn)臺的機械結(jié)構(gòu)有關(guān)，因而需要對跟蹤軌跡的程序進行校正。的步距角就可以算出相應(yīng)的脈沖數(shù)。減速器的傳動比為 1:120，電機轉(zhuǎn)動120176。限位裝置有東、兩、上、下四個極限限位功能，跟蹤精度高，范圍寬，有自動返回功能。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸 、四軸式跟蹤器。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太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 12 置。理論上講，圓筒的長度越長，跟蹤器的精度就越高。而 (PS， P7)這一對光電阻受到了圓筒對環(huán)境散射光的屏蔽保護，它們接收的照度會出現(xiàn)差值，這就是偏離信號。其中一對光電阻 (PI， P3)東西對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略的檢測太陽由東往西運動的偏轉(zhuǎn)角度即方位角 。其缺點是機構(gòu)只能做成單軸跟蹤器，不能自動復位 (除非另外加復位機構(gòu) )因而不能滿足晝夜更替之后的跟蹤需求 。此時遮光板又重新?lián)踝￡柟?，太陽能電池進入陰影區(qū)，電磁鐵釋放，完成跟蹤。 控放式太陽跟蹤裝置由配重塊、彈簧、杠桿、制動裝置、電磁鐵等部分組成。 當太陽光線向西偏移一個角度時，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。液體多的容器重量增加，使裝置傾斜而跟蹤太陽，直至對準時為止。 .IMPa的自來水作為跟蹤動力 (若無自來水，可裝一只容積為 ZL的壓力水箱 )。首先利用一套公式通過計算機算出在給定時間的太陽的位置，再計算出跟蹤裝置被要求的位置 ，最后通過電機傳動裝置達到要求的位置，實現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤。根據(jù)太陽在天空中每分鐘的運動角度，計算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，從而確定出電動機的轉(zhuǎn)速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應(yīng)變動。 20xx年 2月美國亞利桑那大學推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成 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。工作時太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面繞極軸運轉(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。 (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。 這種系統(tǒng)可以獨立運行，作為無電邊遠地區(qū)的小型電源，一般功率為 1025kW，聚光鏡直徑約1015m。 。 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。 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)動器、跟蹤器、控制器組成。由于接收器的安裝是固定不變的，為了使一天中所有時刻的太陽輻射都能通過反射鏡面反射到固定不動的接收器上，反射鏡必須設(shè)置跟蹤裝置，跟蹤過程當中要確保定日鏡的反射光線方向保持不變。 20xx年我國系統(tǒng)累計裝機容量為 70MW，《中華人民共和國可再生能源法》，承諾 20xx年太陽能光伏累計裝機容量 450MW。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。太陽能發(fā)電又分為光伏發(fā)電，光化學發(fā)電，光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。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)濟性。太陽的壽命至少尚有 40億年，相對于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球能源的時間可以是無限的。煤炭 ，石油都是古時候由動物或植物存儲下來的太陽能。天然氣儲備估計在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 。 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，嚴重污染水土。 本設(shè)計嘗試設(shè)計一種能夠自動跟蹤太陽光照射角度的雙軸自動跟蹤系統(tǒng)以提高太陽能 電池的光 電轉(zhuǎn)化率。太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 任 務(wù) 書 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 要求設(shè)計能夠自動跟蹤太陽以調(diào)整太陽能電池板光照攝射角度的系統(tǒng)，以提高太陽能電池的光 — 電能量轉(zhuǎn)化率。利用潔凈的太陽光能，以半導體光生伏打效應(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。正是由于上述原因，世界能源問題日益嚴峻，表現(xiàn)在如下方面： 世界上大部分國家能源供應(yīng)不足，據(jù)統(tǒng)計近 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 計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量只能用到 2050年，天然氣也只能延續(xù)到 2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。據(jù)有關(guān)資料顯示 :石油儲量的綜合估算，可支配的化學能源的極限大約為 1180一 1510億噸，以 1995年世界石油的年開采量 32億噸計算，石油儲量大約在 2050年左右宣告枯竭 。 （二） 太陽能的特點 太陽是一個巨大的能源，萬物生長都要依靠太陽，地球上絕大部分能源歸根究底是來自太陽的。在到達地球表面的太陽輻射能中，到達地球陸地表面的輻射能大約為 X 1013kW，相當于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬五千多倍。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽能時不征收任何“稅”，可以隨地取用 。 太陽能應(yīng)用包括太陽能發(fā)電和太陽能熱利用。按照預計的發(fā)展速度 ,20xx 年美國光伏銷售達到 。近來一些幾瓦到幾百 瓦的中小型光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)也出現(xiàn)在生活中，如太陽能交通警示燈，高速公路上的太陽能廣告牌，太陽能路燈等。 圖 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) 塔式太陽能發(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 .它們按四個象限分布在高大的中心接收塔四周，形成一個巨大的鏡場。 。這時普通晶體硅太陽電池已無法承受，必須選用專門的材料和電池結(jié)構(gòu)制造聚光太陽電池。 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，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，其聚光比越大跟蹤精度要求就越高，聚光比為 400時跟蹤精度要求小于 176?；蛟诮裹c處直接放置發(fā)動機組發(fā)電，如斯特林發(fā)動機組構(gòu)成的碟式太陽能斯特林發(fā)電裝置，技術(shù)上更為先進。 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 7 （ 五 ） 太陽能跟蹤技術(shù)現(xiàn)狀 現(xiàn)階段國內(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 。極軸式全跟蹤原理如圖 ，太陽能設(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。 1998年美國加州成功的研究了八 JM兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可 以使小塊的太陽能面板硅收集更多能量，使熱收率進一步提 ，該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風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)，成排的太陽能收集器可以從東到西跟蹤太陽，以提高夏季能量的獲取率。 （ 1）時鐘式太陽跟蹤裝置是一種被動式的跟蹤裝置，有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時法。 （ 2）程序控制式太陽跟蹤裝置是與計算機相結(jié)合的。當太陽偏移時，兩根空氣管受太陽的照射不同，管內(nèi)產(chǎn)生壓差，當壓力達到一定的數(shù)值時，壓差執(zhí)行器就發(fā)出跟蹤信號，用壓力為。否則一個容器接收的輻射能便較另一個容器多，從而導致液體蒸發(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。當太陽正對跟蹤器平板時，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。這種把原動力與控制部件分離的方法，可以簡化控制裝置的結(jié)構(gòu)，減少能量消耗 (面板的轉(zhuǎn)動動能來源于偏重的勢能 )，為不用外接電源創(chuàng)造了條件。信號經(jīng)放大，使高靈敏的繼電器動作，并通過執(zhí)行繼電器控制電磁鐵吸合，于是制動裝置松開，集熱裝置向西旋轉(zhuǎn)，直至對準陽光。其優(yōu)點是實時跟蹤，成本低廉，不用外接電源，使收集到的能源充分轉(zhuǎn)化利用。設(shè)置一個圓筒形外殼，在圓筒外部，東、南、西、北四個方向上分別布置 4只光電阻 。當太陽光偏離垂直方向一個較小的角度時 (Pl， P3)這一對光電阻可能受環(huán)境散射光的影響，不會反應(yīng)出太陽光線的變化 。其次要設(shè)計長度合適的圓筒?！岸嘣ā碧柛櫻b置的傳感器結(jié)構(gòu)如圖 。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。裝置由光敏探頭檢測太陽光強，通過跟蹤控制器，采用模擬壓差比較原理進行比較，發(fā)出命令，驅(qū)動機械部分轉(zhuǎn)動。水平轉(zhuǎn)臺相當于集熱器的方位軸，由一臺步進電機驅(qū)動，繞垂直于當?shù)厮矫娴妮S旋轉(zhuǎn)，用以跟蹤太陽的方位角，其控制流程為 :步進電機一諧波減速器 (降速增矩、角度 細分 )一水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺。時絲杠螺母轉(zhuǎn)動半圈，絲杠相應(yīng)走過 3rn們 n，由此通過集熱器臺架的傾角變化計算出絲杠直線運動的距離，再經(jīng)過傳動比換算出步進電機應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，根據(jù) 176。其中， 2軸為俯仰軸， X軸為方位軸。 二 、 跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想及框架 （一）跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計要求 本系統(tǒng)研制的出發(fā)點是更加有效的利用 太陽能。系統(tǒng)組成如圖 。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)機械部件的選取必須滿足性能可靠、價格低廉和結(jié)構(gòu)簡單的研發(fā)要求。電池板固定架用來對太陽能電池板進行固定，要 求設(shè)計合理，穩(wěn)定。 本系統(tǒng)的制造目的是對太陽能進行采集，并加以利用，因此需要將太陽能電池組件產(chǎn)生的電能儲存起來，用于其他耗電場合 .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)換為化學能貯存起來，以供應(yīng)用。 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。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。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，一晝夜又分為 24h，所以地球每個小時自轉(zhuǎn) 15176。 )，地球北半球的天文春季開始。白晝最長，這時候地球北半球天文夏季開始。 27180。 271