【正文】 道不同位置時(shí)，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。 秋分過后，太陽的生落點(diǎn)逐日移向南方，白晝時(shí)間縮短，黑夜時(shí)間增長(zhǎng)，正午時(shí)候太陽的高度逐日降低。冬季最小變化到冬至日的 23176。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。 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。 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 ； 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 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 。 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 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。 控制部分 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 太陽能采集裝置 直流負(fù)載 交流負(fù)載 逆變器 貯能裝置 圖 跟蹤系統(tǒng)的基本構(gòu) 成 控制器 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 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。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。減速器的傳動(dòng)比為 1:120，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 120176。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸、 四軸式跟蹤器。理論上講，圓筒的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，跟蹤器的精度就越高。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 。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。 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。 .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 )。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)。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。 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。 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。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)太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 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。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。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。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。 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。 設(shè)計(jì)程序、圖紙的電子文檔。該系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，利用太陽軌道公式進(jìn)行太陽高度角及方位角計(jì)算，并利用 計(jì)時(shí)芯片以及 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙軸跟蹤系統(tǒng)， 使 太陽能電池板始終垂直于太陽入射光線，從而提高太陽能的吸收效率。煤的儲(chǔ)量約為 5600億噸， 1995年煤炭開采量為 3億噸，可以供應(yīng) 169年 。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲(chǔ)量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽光輻射能，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電是當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流。從國(guó)家發(fā)改委制定的中長(zhǎng)期規(guī)劃看 ,20xx2020年每年的平均裝機(jī)容量約60MW。如圖 。在一般情況下跟蹤精度越高其結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，造價(jià)就越高，甚至造價(jià)高于光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電池的總造價(jià)。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。 1994年在德國(guó)北部，太陽能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽能跟蹤裝置 1321。在美國(guó)加州建成的 10MW太陽1號(hào)塔式電站，就是使用這種控制系統(tǒng)，在總計(jì) 28萬平方米的范圍內(nèi)分散著 1818塊反射鏡。整個(gè)裝置的重心低于樞軸，以防容器完全翻轉(zhuǎn)。工作原理是 :由于在集熱裝置的西側(cè)裝有配重塊，在重力的作用下，集熱裝置便 會(huì)繞主軸自東向西轉(zhuǎn)動(dòng)。雖然采用多諧振動(dòng)器，仍然存在著跟蹤過度的情況。該信號(hào)經(jīng)放大后送入控制單元，控制單元開始工作，控制自動(dòng)跟蹤器調(diào)整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對(duì)準(zhǔn)太陽。單方向定位裝置由 5個(gè)光敏電阻按一定的排列方式鑲嵌在半圓柱體上，如圖 。計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)充電電壓，充電電流，跟蹤光強(qiáng)、風(fēng)速、電瓶溫度等模擬量進(jìn)行采集、處理、顯示和打印，根據(jù)各模擬量的瞬時(shí)值，實(shí)現(xiàn)防風(fēng)，報(bào)警控制，蓄電池的充電、放電和分級(jí)控制等功能，對(duì)設(shè)備 統(tǒng)一監(jiān)控管理。跟蹤器的結(jié)構(gòu)示意見圖 。對(duì)太陽能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換的時(shí)候，由于太陽的位置是隨著時(shí)間的變化而改變的，如果采用固定式的太陽能接收裝置，此裝置的位置無法隨 太陽改變，只能在固定時(shí)段有效的吸收太陽能，在其他時(shí)段的吸收效率就十分低下，因此，要使太陽能的吸收效率提高，采用太陽跟蹤系統(tǒng)對(duì)太陽進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤是可行和有效的。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的構(gòu)成設(shè)想基于簡(jiǎn)單易安裝的要求，主要 由底座、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)構(gòu)、電池板固定框架等構(gòu)成。當(dāng)太陽能電池方陣 不發(fā)電或電動(dòng)勢(shì)小于蓄電池電勢(shì)時(shí)，由于阻塞二極管的作用，蓄電池不會(huì)通過太陽能電池方陣放電。針對(duì)不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以選用不同的充電控制器，主要考慮的因素是要盡可能的可靠、控制精度高及低成本。太陽在正午的高度等于 90176。冬至過后，太陽正午高度逐日升高，同時(shí)白晝?cè)鲩L(zhǎng)，太陽的升落又趨向正東和正西，直到春分日 (3月 21日 )太陽從赤道以南到達(dá)赤道。在一年中，太陽赤緯每天都在變化，但不超過士 23176。春分過后，太陽的生落點(diǎn)逐日移向北方，白晝時(shí)間增長(zhǎng)，黑夜時(shí)間縮短，正午時(shí)太陽的高度逐日增加。但采用脈沖寬度調(diào)制型控制器，往往包含最大功率的跟蹤功能，只能用 MOS晶體管作為開關(guān)器件。比對(duì)兩種蓄電池的特點(diǎn)，鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，原材料易得，維護(hù)方便，原材料豐富，但體積較大。驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，此種電機(jī)性能可靠，對(duì)于角度量轉(zhuǎn)向控制精確。 本系統(tǒng)的整體研發(fā)要求是經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。每當(dāng)試驗(yàn)時(shí)，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動(dòng)回零 。該中心在集熱器性能測(cè)試試驗(yàn)中，要求集熱器采光面始終垂直太陽光線，入射角偏差不超過 5176。例如，當(dāng)光照在左邊第 1個(gè)光敏電阻上時(shí)電機(jī)帶動(dòng)定位裝置向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，光從左邊第 1個(gè)光敏電阻離開并照在左邊第 2個(gè)光敏電阻上，電機(jī)帶動(dòng)定位裝置又向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，這時(shí)光照在正中央的光敏電阻上，光垂直照在定位裝置上，電機(jī)停轉(zhuǎn) .這種跟蹤裝置通過 在半球狀傳感器上設(shè)置多個(gè)光敏電阻，提高了對(duì)太陽定位的速度，避免了為尋找太陽方位傳感器的重復(fù)擺動(dòng)，但是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且由于每?jī)蓚€(gè)光敏電阻的間隔造成其不能連續(xù)監(jiān)測(cè)和跟蹤太陽位置的變化，跟蹤精度有限。高度角的跟蹤基本原理及工作方式雷同。光電式太陽跟蹤裝置使用光敏傳感器來測(cè)定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過一個(gè)閉值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整集熱裝置的位置，直到使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的跟蹤。彈簧則由電磁鐵控制。因?yàn)槿章浜罂諝庾兝?，并且容器?nèi)液體冷卻速度預(yù)先己經(jīng)調(diào)整，東面容器比西面容器冷卻得快，其內(nèi)壓力下降也快，于是東邊變重，使整個(gè)裝置向東傾斜，以待日出。這種跟蹤裝置在多云天氣下仍可正常工作，但是存在累計(jì)誤差 ，并且自身不能消除。 近幾年來國(guó)內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時(shí)刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)太陽能接收率最大 。主要特征是采用盤 狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。 圖 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 聚光太陽電池是降低太陽電池利用總成本的一種措施 。隨著技術(shù)的進(jìn)步，光伏系統(tǒng)的成本會(huì)越來越低，性能會(huì)越來越好，應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來越寬廣。目前以 %的年平均增長(zhǎng)率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場(chǎng)增長(zhǎng)率的首位。 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻但相對(duì)于其他能源來說，太陽能對(duì)于地球上絕 大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。能源短缺的形勢(shì)很嚴(yán)峻，當(dāng)前世界多數(shù)國(guó)家對(duì)能源問題都很重視。 由于時(shí)間及作者目前的知識(shí)限制，跟蹤系統(tǒng) 只是 進(jìn)行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機(jī)會(huì)再進(jìn)行改進(jìn)。 查閱資料記錄。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。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。 可以從兩個(gè)方面看太陽能利用的經(jīng)濟(jì)性。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)。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)。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。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 。 (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。 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。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。黑管內(nèi)充有低沸點(diǎn)的液體太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 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。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)。 太陽實(shí)際位置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 集熱裝置 光敏傳感器 + 集熱裝置實(shí)驗(yàn)位置 圖 光電式太陽跟蹤裝置原理 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 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。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。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。集熱器固定在臺(tái)架平面上 。自動(dòng)跟蹤子程序流程見圖 。 （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 。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。 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。 （ 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。 27180。夏天最大變化到夏至日的 +23176。 ? 23176。 每年的春分日 (3月 12日 )，太陽從赤道以南到達(dá)赤道 (太陽的赤緯占 ? =0176。 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(jí)管 （ 硅穩(wěn)壓管 ） ，次級(jí)方陣開關(guān)調(diào)節(jié)器控制電流來完成的。本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制部分選用的 AT89C51單片機(jī)。 由于本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)要求最大限度的利用太陽能，因此必須要研制一套機(jī)構(gòu)用來跟蹤太陽的實(shí)時(shí)位置。為本課題中太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)提供了 基礎(chǔ)和依據(jù) 。同步帶輪與絲杠的傳動(dòng)比為 2:1，當(dāng)步進(jìn)電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1圈即 360176。控制采用光、機(jī)、電一體化技術(shù)，通過對(duì)太陽光強(qiáng)弱的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的全自動(dòng)跟蹤，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、電信、氣象等領(lǐng)域中。 圖 不同長(zhǎng)度圓筒的太陽光偏離角度方位示意圖 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 “多元法”太陽跟蹤裝置得傳感器結(jié)構(gòu) “多元法”太陽跟蹤裝置。當(dāng)太陽光線以與傳感器板垂直的方向照射到 傳感器上，兩組光電阻 (PI， P3)， (P5， P7)接收到的光照度相同，比較電路的輸出值為零?？胤攀礁櫰鬟m合于聚光型的集熱裝置，如聚光型熱水器、太陽灶等?？胤攀教柛櫻b置對(duì)太陽方位角進(jìn)行單向跟蹤，操作時(shí)，在太陽能接受面板西側(cè)安放一偏重，作為太陽能接受面板向