【正文】 27180。白晝最長(zhǎng)，這時(shí)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(gè)小時(shí)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(duì)太陽能電池板進(jìn)行固定，要 求設(shè)計(jì)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(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)。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(jì)長(zhǎng)度合適的圓筒。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 。信號(hào)經(jīng)放大，使高靈敏的繼電器動(dòng)作，并通過執(zhí)行繼電器控制電磁鐵吸合，于是制動(dòng)裝置松開，集熱裝置向西旋轉(zhuǎn)，直至對(duì)準(zhǔn)陽光。當(dāng)太陽正對(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)。當(dāng)太陽偏移時(shí)，兩根空氣管受太陽的照射不同，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。 （ 1）時(shí)鐘式太陽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。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(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)成的碟式太陽能斯特林發(fā)電裝置，技術(shù)上更為先進(jìn)。這時(shí)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(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)。按照預(yù)計(jì)的發(fā)展速度 ,20xx 年美國(guó)光伏銷售達(dá)到 。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用 。 （二） 太陽能的特點(diǎn) 太陽是一個(gè)巨大的能源，萬物生長(zhǎng)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(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。太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 任 務(wù) 書 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 要求設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)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(yán)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(yán)重污染水土。煤炭 ，石油都是古時(shí)候由動(dòng)物或植物存儲(chǔ)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(jì)性。發(fā)展中國(guó)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(shí)刻的太陽輻射都能通過反射鏡面反射到固定不動(dòng)的接收器上，反射鏡必須設(shè)置跟蹤裝置，跟蹤過程當(dāng)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(dú)立運(yùn)行，作為無電邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型電源，一般功率為 1025kW，聚光鏡直徑約1015m。工作時(shí)太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面繞極軸運(yùn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)角度，計(jì)算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而確定出電動(dòng)機(jī)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(dòng)。 .IMPa的自來水作為跟蹤動(dòng)力 (若無自來水，可裝一只容積為 ZL的壓力水箱 )。 當(dāng)太陽光線向西偏移一個(gè)角度時(shí)，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(shí)遮光板又重新?lián)踝￡柟猓柲茈姵剡M(jìn)入陰影區(qū)，電磁鐵釋放，完成跟蹤。其中一對(duì)光電阻 (PI， P3)東西對(duì)稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略的檢測(cè)太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度即方位角 。理論上講，圓筒的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(dòng)比為 1:120，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)120176。由于影響跟蹤精度的因素很多，不僅跟當(dāng)?shù)鼐暥?、太陽赤緯角、太陽時(shí)角的取值有關(guān)，還跟步進(jìn)電機(jī)的精度以及跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，因而需要對(duì)跟蹤軌跡的程序進(jìn)行校正。 本光伏發(fā)電系統(tǒng) 的目的即是 對(duì)太陽能進(jìn)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(fù)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(shí)時(shí)間進(jìn)行太陽角度的運(yùn)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(duì)輸出功率和瞬時(shí)峰值的要求 ； 2） 對(duì)逆變器輸出效率的要求 ； 3） 對(duì)逆變器輸出波形的要求 ； 4） 對(duì)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(yùn)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(shí)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(duì)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?yàn)殂U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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的傳動(dòng)比為 50:1即可達(dá)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(jī)構(gòu)；（ 3）控制部分；（ 4）貯能裝置；（ 5）逆變器。自動(dòng)跟蹤子程序流程見 圖 。集熱器固定在臺(tái)架平面上 。隨著天體光學(xué)的發(fā)展，十九世紀(jì)中葉之后，相繼出現(xiàn)了折軸望遠(yuǎn)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(dòng)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(dòng)，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(hào)。黑管內(nèi)充有低沸點(diǎn)的液體物質(zhì)，在常溫下，部分液體汽化形成飽和蒸汽，同時(shí)產(chǎn)生一定的飽和蒸汽壓，通過膠管驅(qū)動(dòng)雙桿雙作用液壓缸運(yùn)動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)跟蹤目的。為了取得太陽的偏移信號(hào)，在反射鏡周邊設(shè)有一組空氣管作為時(shí)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(shí)鐘式、程序控制式、壓差式、控放式、光電式和用于天文觀測(cè)和氣象臺(tái)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(diǎn)處放置陽光接收器，加熱工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)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(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。其概念設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)如圖 ，整個(gè)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(guó)能源部制定了從 20xx年 1月 1日開始的 5年國(guó)家光伏計(jì)劃和 2020～ 2030年的長(zhǎng)期規(guī)劃 ,以實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)。 可以從兩個(gè)方面看太陽能利用的經(jīng)濟(jì)性。其中太陽能應(yīng)用技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在全世界蓬勃發(fā)展，使人們?cè)谀茉次C(jī)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(dòng)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(jì)的自動(dòng)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(jì)系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期室外運(yùn)行。 化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導(dǎo)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(dá)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(jì)性將會(huì)更明顯。預(yù)測(cè)未來 10年仍將保持 10%或稍高的發(fā)展水平 ,達(dá)到(約 %)。 由幾何光學(xué)基本知識(shí)可知，要使反射光線方向保持不變，當(dāng)入射光線偏轉(zhuǎn) ? 角度時(shí)，平面鏡需要偏轉(zhuǎn) ? /2角度。特點(diǎn)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(tái)至十?dāng)?shù)臺(tái)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(jì)比較困難。雙軸跟蹤器的主要結(jié)構(gòu)是通過電機(jī)帶動(dòng)反射器以每小時(shí) 15度的恒速繞日軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以跟蹤太陽的赤經(jīng)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)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(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)鏡面跟蹤太陽 .當(dāng)鏡 面對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，管內(nèi)壓力平衡，壓差執(zhí)行器又發(fā)出停止跟蹤信號(hào) .這種跟蹤器的跟蹤靈敏度高，每大當(dāng)太陽剛升起 35分鐘后，鏡面即跟蹤對(duì)準(zhǔn)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(dòng)活塞上移，帶動(dòng)跟蹤器平板繞中間支點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 光電控制線路中還增加了一組多諧振蕩器。另一對(duì)光電阻 (PZ， P4)南北對(duì)稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略檢測(cè)太陽的視高度即高度角 。隨著圓筒 的增長(zhǎng)，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光電阻同時(shí)接受太陽光照的太陽光偏離角度的范圍會(huì)變小 。這些跟蹤器主要分為兩類 :一類是望遠(yuǎn)式，它接受太陽的垂直入射 。時(shí)水平轉(zhuǎn)臺(tái)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng) 1176。校正采用手動(dòng)操作，使跟蹤臺(tái)的兩個(gè)軸帶動(dòng)集熱器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)不斷觀察日暑的影子，當(dāng)影子剛好聚為一點(diǎn)時(shí)為最佳，記錄下從原點(diǎn)到該點(diǎn)兩軸的步進(jìn)電機(jī)各自走過的實(shí)際脈沖數(shù)，然后依據(jù)算法計(jì)算兩軸的步進(jìn)電機(jī)從原點(diǎn)到該點(diǎn)的理論脈沖數(shù)，根據(jù)實(shí)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(shí)間有關(guān)，要對(duì)時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效讀取，必須選取計(jì)時(shí)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(duì)功率器件發(fā)出開關(guān)控制信號(hào)，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(yùn)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(dá)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(jì)中選擇并聯(lián)控制方式。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(jī)選取的為小型步進(jìn)電機(jī)，輸出扭矩達(dá)不到轉(zhuǎn)向要求，因此要選用減速機(jī)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(jī)構(gòu) 。在控制部分的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)間，自動(dòng)調(diào)整一次集熱器的位置，使其采光面垂直于太陽光線，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)太陽跟蹤。該跟蹤器采用地平坐標(biāo)系跟蹤方式，主要由水平回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)、兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)以及集熱器臺(tái)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(tái)和氣象臺(tái)對(duì)太陽活動(dòng)的跟蹤觀察。當(dāng)光敏電阻的阻值較小的時(shí)候，光電阻在太陽照射下可能會(huì)很快達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)采集的信號(hào)就失真，不能正確反應(yīng)太陽光線的變化情況，會(huì)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(dāng)集熱裝置對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)恰好遮住陽光，使太陽能電池處于陰影區(qū)。 簡(jiǎn)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(duì)位置信號(hào)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(dòng)調(diào)節(jié)。1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器，完成了單軸跟蹤，國(guó)家氣象局計(jì)量站在 1990 年研制了 FST型全自動(dòng)太陽跟蹤器，成功的應(yīng)用于太陽輻射觀測(cè) 。單軸跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)