【正文】 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(yáng)能電池需要通過(guò)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(yáng)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(guò)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(yáng)能電池發(fā)電器件，稱為太陽(yáng)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(jiǎn)潔，避免過(guò)于復(fù)雜和昂貴，要便于安裝和維護(hù)。 圖 太陽(yáng)集熱跟蹤臺(tái) （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(shuō)明了利用太陽(yáng)能做為一種新型能源是有效而可行的，太陽(yáng)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(lái)能源研究發(fā)展的趨勢(shì)。然后根據(jù)太陽(yáng)當(dāng)前位置 從零點(diǎn)處自動(dòng)快速指向太陽(yáng) 。 / 個(gè)脈沖，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/ 個(gè) 。因此需要對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。 未來(lái)的太陽(yáng) 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(yáng)跟蹤裝置。當(dāng)使用長(zhǎng)圓筒時(shí)，假設(shè)太陽(yáng)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(guò)了范圍 A，圓筒內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光電阻產(chǎn)生了照度差值，該信號(hào)經(jīng)過(guò)處理放大，控制跟蹤器跟蹤上太陽(yáng)；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?jī)蓚€(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(yáng)運(yùn)動(dòng)，首先要通過(guò)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(lái)精確檢測(cè)太陽(yáng)的視高度，傳感器外形如圖 所示。與前兩種跟蹤裝置相比，光電式跟蹤器可通過(guò)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 所示。由于系統(tǒng)的慣性很大，如不采取措施往往會(huì)跟蹤過(guò)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(yáng)。電磁鐵的動(dòng)力又由硅太陽(yáng)能電池板供給。缺點(diǎn)是沒(méi)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)跟蹤裝置 .武漢市電子產(chǎn)品研究所，參考國(guó)外單軸跟蹤太陽(yáng)時(shí)角的熱水器，研制了一種壓差式單軸太陽(yáng)跟蹤器，現(xiàn)己用在太陽(yáng)能熱水器上。這種跟蹤裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡(jiǎn)單。 1929 年推出了太陽(yáng)灶自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。工作時(shí)太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分根據(jù)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)光線平行。而在早上或下午太陽(yáng)光線都是斜射。圖 為小型碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)裝置。碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)大體上由 3 部分組成 :旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、接收器和跟蹤裝置。菲涅爾透鏡一方面對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行聚焦，另一方面對(duì)電池組件 也起保護(hù)作用。 圖 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 聚光太陽(yáng)電池是降低太陽(yáng)電池利用總成本的一種措施。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。 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。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。世界光伏產(chǎn)業(yè)從 1999 年的 201MW 增加到 2021 年的 1100MW。 （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。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。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。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。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。 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。 第 1 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 調(diào)查了解目前太陽(yáng)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(shū)要求完成設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 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。 設(shè)計(jì)程序、圖紙的電子文檔。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(yáng)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(yáng)放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。 太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類理想的替代能源。全國(guó)各地太陽(yáng)能輻射量為 3340 8400MJ/ ，中值為 5852MJ/（ m2a）。歐盟的可再生能源白皮書(shū)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 2021 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(yáng)能光伏電站等。在這里把吸收的太陽(yáng)七能轉(zhuǎn)換成熱能，然后由傳熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)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(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。 美國(guó)太陽(yáng)Ⅱ號(hào)電站是世界上較為典型的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，是在總結(jié)太陽(yáng)I 號(hào)電站試運(yùn)行的基礎(chǔ)上，為推進(jìn)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站商用化進(jìn)程而建設(shè)的先導(dǎo)性工程。如果聚光倍率增加到幾十倍以上，聚光太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，一般應(yīng)大于 20%,且需耐高倍率的太陽(yáng)輻射，特別是在較高 溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得到保證，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計(jì)等方面都要進(jìn)行一些特殊考慮。跟蹤過(guò)程當(dāng)中就是要確保太陽(yáng)光線與透鏡的中軸線平行?；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)。 （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。極軸式全跟蹤原理如圖 所示，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。 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 研制了活動(dòng)太陽(yáng)能方位跟蹤裝置，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。 （ 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。 （ 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。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。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)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)。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。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。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。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 。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 。其次要設(shè)計(jì)長(zhǎng)度合適的圓筒?！岸嘣ā碧?yáng)跟蹤裝置的傳感器結(jié)構(gòu)如圖 所示。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(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)。水平轉(zhuǎn)臺(tái)相當(dāng)于 集熱器的方位軸，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)。時(shí)絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，絲杠相應(yīng)走過(guò) 3rn 們 n，由此通過(guò)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(guò)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。其中， 2 軸為俯仰軸， X 軸為方位軸。 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(yáng)能。系統(tǒng)組成如圖 所示。 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。電池板固定架用來(lái)對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行 固定，要求設(shè)計(jì)合理，穩(wěn)定。 本系統(tǒng)的制造目的是對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行采集，并加以利用，因此需要將太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)，用于其他耗電場(chǎng)合 .蓄電池組是本太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的貯能裝置，它的作用是將太陽(yáng)能電池方陣從太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)，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(gè)小時(shí)自轉(zhuǎn) 15176。在周日視運(yùn)動(dòng)中，太陽(yáng)出于正東而沒(méi)于正西，白晝和黑夜等長(zhǎng)。 秋分日 9 月 23 日 ，太陽(yáng)又從赤道以北到達(dá)赤道 太陽(yáng)的赤緯 0176。 （ 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。上午為正，下午為負(fù)。 一天中可能的日照時(shí)間由下式給出 N arccos tantan （ ） 利用太陽(yáng)高度角和方位角的數(shù)學(xué)模型，就可以在固定緯度，固定時(shí)段計(jì)算出太陽(yáng)在此條件下的方位。 通過(guò)對(duì)目前多種太陽(yáng)能采集裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)的收集和對(duì)比，再在幾種比較合適的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些修改以更加符合本設(shè)計(jì)的要求，最終得到的結(jié)構(gòu)如圖 所示。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率不高。 表 減速器性能比較表 類型 渦輪蝸桿減速器 諧波減速器 行星減速器 體積 中 小 小 剛性 高 中 低 壽命 中 短 長(zhǎng) 效率 低 高 高 輸入轉(zhuǎn) 速 3000 以上 2021 以下 2021 以下 在本設(shè)計(jì)中具體選用的渦輪蝸桿減速器為 NMRV04O 渦輪蝸桿減速箱，此減速機(jī)的結(jié)構(gòu)小巧而緊湊、外形美觀、體積小，箱體的各個(gè)面上都有安裝孔位，可以適應(yīng)各種安裝方式。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此作常適合于單片機(jī)控制。 （ 3） 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ hybird，簡(jiǎn)稱 HB） 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱為感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)，南北向也有將近 360176。如夜間、陰雨天等情況下太陽(yáng)能電池板無(wú)法提供電能，此時(shí)即需要控制器阻止蓄電池向電池板放電。 這種充電控制系統(tǒng)的問(wèn)題是，光伏方陣在變化的太陽(yáng)輻射條件下，其工作曲線是不確定的。串聯(lián)晶體管代替了所需的串聯(lián)二極管。雙列直插式封裝的如圖 所示，共有 40 個(gè)引腳，下面將對(duì)這些引腳進(jìn)行說(shuō)明。采用外部振蕩信號(hào)源時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 如果需要的話，通過(guò)對(duì)在專用寄存器 FSR 區(qū)的 8EH 單元的 D0 位置數(shù)，可禁止 ALE 操作。然而要注意的是，如果保密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存端的狀態(tài) .當(dāng)端保持高電平 接 Vcc 端 時(shí)，則 CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序貯存器中的程序。 B. Pl 端口（ ） P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端