【正文】 27180。白晝最長，這時候地球北半球天文夏季開始。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，一晝夜又分為 24h，所以地球每個小時自轉(zhuǎn) 15176。 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。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。系統(tǒng)組成如圖 。其中， 2軸為俯仰軸， X軸為方位軸。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。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。其次要設(shè)計長度合適的圓筒。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 。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。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。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。 （ 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。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?；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。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。 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。按照預(yù)計的發(fā)展速度 ,20xx 年美國光伏銷售達到 。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 。 （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。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(yù) 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。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。 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。煤炭 ，石油都是古時候由動物或植物存儲下來的太陽能。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。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。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。 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。 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。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。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。 .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 )。 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。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。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 。理論上講，圓筒的長度越長，跟蹤器的精度就越高。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸 、四軸式跟蹤器。減速器的傳動比為 1:120，電機轉(zhuǎn)動120176。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。 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。 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。 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 。 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。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。冬季最小變化到冬至日的 23176。夏天最大變化到夏至日的 +23176。 27180。 （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。 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。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。 （二）跟蹤系統(tǒng)的組成 跟蹤系統(tǒng)主要構(gòu)成一般為：（ 1）太陽能采集裝置；（ 2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)；（ 3）控制部分；（ 4）貯能裝置；（ 5）逆變器。自動跟蹤子程序流程見 圖 。集熱器固定在臺架平面上 。隨著天體光學的發(fā)展，十九世紀中葉之后，相繼出現(xiàn)了折軸望遠鏡、定日鏡、定天鏡等。但提高光敏電阻的阻值，使得相應(yīng)的供電電源的電壓要變大才能驅(qū)動跟蹤器，提高了能耗及其成本。 圖 比較式太陽跟蹤系統(tǒng)得傳感器外形圖 比較控制式太陽跟蹤裝置。一但太陽西移，遮光板的陰影隨之移動，太陽能電池便受到陽光照射，輸出一定數(shù)值的電流，從而發(fā)出偏移信號。黑管內(nèi)充有低沸點的液體物質(zhì)，在常溫下，部分液體汽化形成飽和蒸汽，同時產(chǎn)生一定的飽和蒸汽壓，通過膠管驅(qū)動雙桿雙作用液壓缸運動，達到自動跟蹤目的。為了取得太陽的偏移信號，在反射鏡周邊設(shè)有一組空氣管作為時角的跟蹤傳感器。 不論是 單 軸跟蹤或 雙軸跟蹤，太陽跟蹤裝置可分為 ： 時鐘式、程序控制式、壓差式、控放式、光電式和用于天文觀測和氣象臺的太陽跟蹤裝置幾種。 (2)雙軸跟蹤又可以分為兩種方式 :極軸式全跟蹤和高度一方位角式全跟蹤。在焦點處放置陽光接收器，加熱工質(zhì)，驅(qū)動動力發(fā)電裝置發(fā)電 。如果聚光倍率增加到幾十倍以上，聚光太陽電池的光電轉(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，故在半導體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計等方面都要進行一些特殊考慮。其概念設(shè)計原理系統(tǒng)如圖 ，整個系統(tǒng)由 4部分組成 :聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)。美國能源部制定了從 20xx年 1月 1日開始的 5年國家光伏計劃和 2020～ 2030年的長期規(guī)劃 ,以實現(xiàn)美國能源、環(huán)境、社會發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導地位的戰(zhàn)略目標。 可以從兩個方面看太陽能利用的經(jīng)濟性。其中太陽能應(yīng)用技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在全世界蓬勃發(fā)展，使人們在能源危機的焦慮中，感到不少欣慰。目前世界的主要能源是由吸收太陽能的植物經(jīng)億萬年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等。 太陽能電池板在 0— 180℃ 內(nèi)自動跟蹤太陽，使入射光垂直照射； 根據(jù)季節(jié)變化太陽能電池板可調(diào)整維度； 該設(shè)計的自動跟蹤系統(tǒng)使用此太陽能電池板供電力工作； 使用該系統(tǒng)后應(yīng)使用太陽能電池板提高效率 ≥5% ； 此設(shè)計系統(tǒng)能夠長期室外運行。 化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導致溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達地球表面的太陽能的數(shù)萬分之一，因此利用太陽能的潛力是十分大的。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術(shù)突破，太陽能利用的經(jīng)濟性將會更明顯。預(yù)測未來 10年仍將保持 10%或稍高的發(fā)展水平 ,達到(約 %)。 由幾何光學基本知識可知，要使反射光線方向保持不變，當入射光線偏轉(zhuǎn) ? 角度時，平面鏡需要偏轉(zhuǎn) ? /2角度。特點是直徑很大的菲涅爾透鏡可以做的很薄，與球面透鏡相比可大大減輕透鏡的重量。也可用于較大的用電戶，把數(shù)臺至十數(shù)臺裝置并聯(lián)起來，組成小型太陽能熱發(fā)電站。這種跟蹤方式并不復(fù)雜，但在結(jié)構(gòu)上反射鏡的重量不通過極軸軸線，極軸支承裝置的設(shè)計比較困難。雙軸跟蹤器的主要結(jié)構(gòu)是通過電機帶動反射器以每小時 15度的恒速繞日軸轉(zhuǎn)動，以跟蹤太陽的赤經(jīng)運動，另一個電機帶動反射器以每天以巧分的恒速繞季軸旋轉(zhuǎn)，以跟蹤太陽的赤緯運動。帶動鏡面跟蹤太陽 .當鏡 面對準太陽時，管內(nèi)壓力平衡，壓差執(zhí)行器又發(fā)出停止跟蹤信號 .這種跟蹤器的跟蹤靈敏度高，每大當太陽剛升起 35分鐘后，鏡面即跟蹤對準太陽。由 于兩黑管的受熱情況不同，產(chǎn)生壓力差，左側(cè)黑管所接液壓缸一側(cè)的壓力增大，推動活塞上移，帶動跟蹤器平板繞中間支點逆時針轉(zhuǎn)動，使跟蹤器平板隨太陽在空間位置的變化自東向西跟蹤集熱，直到日落西山。為了保證 跟蹤系統(tǒng)在多云大氣下也能可靠地工作，太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計 10 光電控制線路中還增加了一組多諧振蕩器。另一對光電阻 (PZ， P4)南北對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角 。隨著圓筒 的增長，內(nèi)部兩個光電阻同時接受太陽光照的太陽光偏離角度的范圍會變小 。這些跟蹤器主要分為兩類 :一類是望遠式，它接受太陽的垂直入射 。時水平轉(zhuǎn)臺相應(yīng)轉(zhuǎn)動 1176。校正采用手動操作，使跟蹤臺的兩個軸帶動集熱器轉(zhuǎn)動，同時不斷觀察日暑的影子，當影子剛好聚為一點時為最佳，記錄下從原點到該點兩軸的步進電機各自走過的實際脈沖數(shù)，然后依據(jù)算法計算兩軸的步進電機從原點到該點的理論脈沖數(shù)，根據(jù)實際脈沖數(shù)與理論脈沖數(shù)之差，可算得到角度之差，就是高度角和方位角的修正值。在本系統(tǒng)的研發(fā)中，太陽能電池是太陽能采集裝置的首選部件。 由于太陽的位置角度和時間有關(guān)，要對時間進行實時監(jiān)控和有效讀取，必須選取計時芯片完成此功能。 逆變器與正變換正好相反，它使用具有開關(guān)特性的全控功率器件，通過一定的控制邏輯，由主控制電路周期性的對功率器件發(fā)出開關(guān)控制信號，再經(jīng)變壓器 耦合 升 （ 降 ） 壓、整形濾波就可得到交流電。地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運行的軌道面 (黃道面 )法線傾斜成 23176。 秋分日 (9月 23日 )，太陽又從赤道以北到達赤道 (太陽的赤緯 ? =0176。27180。的范圍。 ? +23176。 控制器可分為并聯(lián)控制器和串聯(lián)控制器兩種，本設(shè)計中選擇并聯(lián)控制方式。從技術(shù)和經(jīng)濟方面綜合考慮，在本系統(tǒng)中貯能裝置應(yīng)采用鉛酸蓄電池為宜。由于研發(fā)要求系統(tǒng)要結(jié)構(gòu)緊湊，電機選取的為小型步進電機，輸出扭矩達不到轉(zhuǎn)向要求，因此要選用減速機構(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構(gòu) 。在控制部分的設(shè)計中，要考慮到系統(tǒng)的全天候性要求，選用耐用和抗干擾性強的執(zhí)行元件，避 免頻繁發(fā)生系統(tǒng)故障。接著每間隔一定時間，自動調(diào)整一次集熱器的位置，使其采光面垂直于太陽光線，實現(xiàn)實時太陽跟蹤。該跟蹤器采用地平坐標系跟蹤方式，主要由水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、垂直回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺、兩臺步進電機以及集熱器臺架組成。 太陽跟蹤裝置除了用作太陽能利用裝置以外，還常用于天文臺和氣象臺對太陽活動的跟蹤觀察。當光敏電阻的阻值較小的時候，光電阻在太陽照射下可能會很快達到飽和狀態(tài)，此時采集的信號就失真，不能正確反應(yīng)太陽光線的變化情況，會影響到跟蹤效果，跟蹤精度因此降低。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。電池裝在集熱裝置的上方，前面設(shè)有遮光板，當集熱裝置對準太陽時恰好遮住陽光，使太陽能電池處于陰影區(qū)。 簡易液壓式跟蹤器的工作原理與以上兩種基本相似 .太陽的相對位置信號由跟蹤器平板兩側(cè)遮光板下方南北向安裝的溫度傳感器 (黑管 )所接受。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)通過手動調(diào)節(jié)。1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單軸跟蹤，國家氣象局計量站在 1990 年研制了 FST型全自動太陽跟蹤器，成功的應(yīng)用于太陽輻射觀測 。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)