【正文】 組織氣象和觀測方法。然后控制系統(tǒng)根據(jù)太陽軌跡每分鐘的角度變化發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置兩維轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和方向變化。在應(yīng)用中，全球定位系統(tǒng) (GPS)可為系統(tǒng)提供精度很高的地理經(jīng)緯度和當(dāng)?shù)貢r(shí)間，控制系統(tǒng)則根據(jù)提供的地理、時(shí)間參數(shù)來確定即時(shí)的太陽位置，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和跟蹤的高準(zhǔn)確性和高可靠性。而在赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時(shí)角在日地相對運(yùn)動(dòng)中任何時(shí)刻的具體值卻嚴(yán)格已知，同時(shí)赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系都與地球運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，于 是通過天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽和觀測者位置 之間的關(guān)系 [23]。 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤 不論是采用極軸坐標(biāo)系統(tǒng)還是地平坐標(biāo)系統(tǒng)，太陽運(yùn)行的位置變化都是可以預(yù)測的，通過數(shù)學(xué)上對太陽軌跡的預(yù)測可完成對日跟蹤。 跟蹤方案的比較選擇 目前國內(nèi)外采用的跟蹤太陽的方法有 很多，但不 外乎 三種方式 [22]: (1)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤 ； (2)光電跟蹤 ； (3)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合?？刂撇糠职l(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1 帶動(dòng)小齒輪 1 轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪帶動(dòng) 大齒輪 和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 2 帶動(dòng)小齒輪 2。 把 齒輪連接著主軸上，主軸安裝在支架上 (主軸相對于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng) )，馬達(dá) 2安裝在主軸前端的一塊板上，馬達(dá) 2 的輸出軸連接小齒輪 2，小齒輪 2 與齒圈嚙合，齒圈連接著太陽能板，轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在主軸上。結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)空間大。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 23齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤器 系統(tǒng)特點(diǎn)：該跟蹤機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低?？刂撇糠职l(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1 帶動(dòng)小齒輪 1 轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪帶動(dòng)齒圈 1 和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 2 帶動(dòng)小齒輪 2。齒圈 1 連接著主軸上，主軸安裝在支架上 (主軸相對于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng) )，馬達(dá) 2 安裝在主軸前端的一塊板上，馬達(dá) 2 的輸出軸連接小齒輪 2，小齒輪 2 與齒圈 2 嚙合，齒圈2連接著轉(zhuǎn)動(dòng)架，轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在主軸上 (轉(zhuǎn)動(dòng)架相對于主軸可以轉(zhuǎn)動(dòng) )。傳動(dòng)裝置設(shè)置在傳動(dòng)箱內(nèi)，受到了較好的保護(hù)，提高了裝置的壽命 。對于兩個(gè)方向的跟蹤，都利用蝸桿、蝸輪副傳動(dòng)，在緊湊的結(jié)構(gòu)下得到很大的傳動(dòng)比，能使用功率很小的馬達(dá)同時(shí)傳遞足夠的動(dòng)力，使用功率小的馬達(dá)降低了其能源成本和制造成本；蝸桿、蝸輪副的自鎖性能好，能防風(fēng)防雨。 該跟蹤器可以選擇不同朝向安裝，當(dāng)按照 上 圖 的朝向進(jìn)行安裝時(shí)，跟蹤器跟蹤的實(shí)現(xiàn)原理如下：當(dāng)太陽光線發(fā)生偏移時(shí)，控制部分發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 2帶動(dòng)傳動(dòng)箱 2中的蝸桿、蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再輸出帶動(dòng)接收器相對于環(huán)形支架轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤太陽由東 向西的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)控制部分也發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)由馬達(dá) 1帶動(dòng)傳動(dòng)箱 1中的蝸桿、蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再輸出帶動(dòng)環(huán)形支架和接收器轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤太陽南北方向的運(yùn)動(dòng)，由此來實(shí)現(xiàn)對太陽的兩個(gè)方向的跟蹤。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 陀螺儀式跟蹤器 圖 22陀螺儀式跟蹤器 跟蹤器的結(jié)構(gòu) [20]：傳動(dòng)箱 1 固定安裝在支架上，馬達(dá) 1安裝在傳動(dòng)箱 1 上，傳動(dòng)箱 1的內(nèi)部是由蝸桿、蝸輪組成的運(yùn)動(dòng)副，馬達(dá) 1的輸出軸 連接蝸桿，環(huán)形支架安裝在支架上面 (環(huán)形支架相對于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng) )，傳動(dòng)箱 1的輸出軸連接環(huán)形支架，傳動(dòng)箱 2 固定安裝在環(huán)形支架上，馬達(dá) 2 安裝在傳動(dòng)箱 2上，傳動(dòng)箱 2 內(nèi)也是由蝸桿、蝸輪組成的運(yùn)動(dòng)副。傳動(dòng)裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)架下。對于方位角的跟蹤，利用齒輪副傳動(dòng)，能在使用功率較小的馬達(dá)的同時(shí)傳遞足夠大的動(dòng)力，使用功率較小的馬達(dá)降低了其能源成本和制造成本。使得小齒輪自轉(zhuǎn)的同時(shí)圍繞大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)架以及固定在轉(zhuǎn)動(dòng)架上的主軸、支架以及接收器轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)接收器相對與支 架轉(zhuǎn)動(dòng)，通過馬達(dá) 馬達(dá) 2 的共同工作實(shí)現(xiàn)對太陽方位角和高度角的跟蹤。馬達(dá) 1 固定在轉(zhuǎn)動(dòng)架上，轉(zhuǎn)動(dòng)架以及支架固定安裝在主軸上，接收器、馬達(dá) 2安裝在支架上面 (接收器相對于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng) )，馬達(dá) 2的輸出軸連接在接收器上。 跟蹤器機(jī)械執(zhí)行部分比較選擇 根據(jù)分析以前的跟蹤器機(jī)械執(zhí)行部分的問題，以及成本等各個(gè)方面考慮， 有 以下幾種跟蹤器。地球極軸和黃道天球極軸存在的一個(gè) 27 度 的夾角，引起了太陽赤緯角在一年中的變化。 2 太陽能自動(dòng) 跟 蹤系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 太陽運(yùn)行的規(guī)律 由于地球的自轉(zhuǎn)和地球繞太陽的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致了太陽位置相對于地面靜止物體的運(yùn) 動(dòng)。 第四章 ,自動(dòng)跟蹤系 統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) ,光電轉(zhuǎn)換器 ,單片機(jī)及其外圍電路 ,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路 。 第二章 ,主要是對太陽自動(dòng)追蹤系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，確定了系統(tǒng)的追蹤方式 。 (5)設(shè)計(jì)控制方案， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路 。 (3)分析傳感器工作原理， 分析 該傳感器大范圍、高精度跟蹤的可行性 ，還要設(shè)計(jì) 光電轉(zhuǎn)換 電路 。論文的主要工作包括 : (l)分析太陽運(yùn)行規(guī)律，比較國內(nèi)外主要的幾種跟蹤方案，提出合理的跟蹤策略 。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 目前 [17]，太陽追蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)追蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤；前者是閉環(huán)的 隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。 2020 年 2月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)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。 太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在太陽能跟蹤方面， 我國 在 1997 年研制了單軸太陽跟蹤器 ，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的 接收 效 率提高了。這也是世界海拔最高、中國裝機(jī)容量最大的太陽能電站。在聯(lián)網(wǎng)陽光電站建設(shè)方面，計(jì)劃 2020 年前 建成 5 座 MW 級(jí)陽光電站。全國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá) 1000 余家，年產(chǎn)值 20 億元。 我國由建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能“九五”計(jì)劃和 2020 年規(guī)則》中已將太陽能熱水系統(tǒng)列入成果推廣項(xiàng)目 。印度也于 1997 年 12 月宣布，將在 2020 年前推廣 150 萬套太陽能屋頂系統(tǒng)。太陽能在能源發(fā)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，據(jù)美國博士對世界一次能源替代趨勢的研究結(jié)果表明，到 2050 年后，核能將占第一位，太陽能占第二位， 21 世紀(jì)末，太陽能將取代核能占第一位，很多國家對太陽能的利用加強(qiáng)了重視 [14]。目前，美國正在新建幾座新的太陽能電站。 2020 年，美國光伏發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到 100 萬千瓦，排在日本和德國之后，居世界第 3位。已用 4%的德國家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽能，估計(jì)每年可節(jié)約 億升 取暖用油。這家太陽能發(fā)電廠投資 7000 萬歐元，占地 77萬平方米，發(fā)電總?cè)萘窟_(dá) 12兆瓦，能為 3500 多個(gè)家徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 庭供電。根據(jù)德國聯(lián)邦太陽能經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)的數(shù)字，在過去的幾年中，德國太陽能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了 5倍，增速比其他國家平均水平高出一倍。 德國對太陽能資源的利用可追溯到 20 世紀(jì) 70年代，現(xiàn)在德國已經(jīng)在太陽能系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)劃和安裝等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了一系列高效的太陽能系統(tǒng)。太陽光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能。太陽能技術(shù)日益創(chuàng)新，能量轉(zhuǎn)換率不斷提高，成本也是新能源中最 低的。 太陽能利用的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 日本是世界上太陽能開發(fā)利用第一大國，也是太陽能應(yīng)用技術(shù)強(qiáng)國。但是太陽每時(shí)每刻都是在運(yùn)動(dòng)著，集熱裝置若想收集更 多方向上的太陽光，那就必須要跟蹤太陽。太陽跟蹤系統(tǒng)為解決這一問題提供了可能。就目前的太陽能裝置而言，如何最大限度的提高太陽能的利用率，仍為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn) 。 提高太陽能的利用率 太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源 [9]，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。 基于當(dāng)今世界能源 問題和環(huán)境保護(hù)問題已成為全球的一個(gè)“人類面臨的最大威脅”的嚴(yán)重問題，本課題的目的是為了更充分的利用太陽能、提高太陽能的利用率，而進(jìn)行太陽追蹤系統(tǒng)的開發(fā)研究，這對我們面臨的能源問題有重大的意義。其中具有獨(dú)特優(yōu)勢的太陽能開發(fā)前景廣闊。這些燃料的燃燒構(gòu)成改變氣候的溫室氣體的最大排放源，按照可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)模式，決不能單靠消耗礦物原料來維持日益增長的能源需求。 能源危機(jī) ，環(huán)境保護(hù)成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測，人類正面臨礦物燃料枯竭的嚴(yán)重威脅。 課題研究的目的 本課題研究一種基于 光電 傳感器的 太陽光線自動(dòng)跟蹤裝置，該裝置能自動(dòng)跟蹤太陽光線的運(yùn)動(dòng)，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高設(shè)備的能量利用率。往往需要相當(dāng)大的采光集熱面才能滿足使用要求，從而使裝置地面積大，用料多，成本增加。 第三，太陽能是一種潔凈的能源，在開發(fā)和利用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，也沒有噪音，更不會(huì)影響生態(tài)平衡。 太陽能的特點(diǎn) 太陽能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有三大優(yōu)點(diǎn) [5]： 第一，它是人類可以利用的最豐富的能源，據(jù)估計(jì)，在過去漫長的 11 億年中，太陽消耗了它本身能量的 2%，可以說是取之不盡，用之不竭。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 目前太陽能的開發(fā)和利用 人類直接利用太陽能有三大技術(shù)領(lǐng)域 [4]，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，此外，還有儲(chǔ)能技術(shù)。例如素有 “ 霧都 ” 之稱的成都市，年平均日照時(shí)數(shù)僅為 ，相對日照為 26％，年平均晴天為 天，陰天達(dá) 天，年平均云量高達(dá) 。 A，比全國其它省區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在 4000m 以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時(shí)間長 。 A。 據(jù)估算 [3]，我國陸地表面每年接 收 的太陽輻射能約為 50 1018KJ，全國各地太陽年輻射總量達(dá) 335～ 837KJ/cm2 我國地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。 相對于日益枯竭的化石能源來說，太陽能似乎是未來社會(huì)能源的希望所在。據(jù)統(tǒng)計(jì) [2]， 20 世紀(jì) 90年代，全球煤炭和石油的發(fā)電量每年增長 l%，而太陽能發(fā)電每年增長達(dá) 20%，風(fēng)力發(fā)電的年增長率更是高達(dá) 26%。隨著礦物燃料的日 漸 枯竭和全球環(huán)境的不斷惡化，很多國家都在認(rèn)真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研究開發(fā)工作 [1]。 能源現(xiàn)狀及發(fā)展 能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。 附錄 2 .............................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 當(dāng) 兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng)度 不 相同 時(shí)，通過運(yùn)放比較電路 將信號(hào)送給 單片機(jī) ，驅(qū)動(dòng)步進(jìn) 電機(jī) 正 反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電池板對太 陽的跟蹤 。系統(tǒng) 采用 光電檢測追蹤模式 實(shí)現(xiàn)對太陽的跟蹤。 當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時(shí) ， 控制部分發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī) 1 帶動(dòng)小齒 輪 1轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪帶動(dòng) 大齒輪 和主軸轉(zhuǎn)動(dòng) ，實(shí)現(xiàn) 水平方向 跟蹤 ；同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī) 2 帶動(dòng)小齒輪 2， 小齒輪 2 帶動(dòng)齒圈和 太陽能板 實(shí)現(xiàn) 垂直 方向 轉(zhuǎn)動(dòng)，通過 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 2 的共同工作實(shí)現(xiàn)對太陽 的跟蹤。 本文對太陽能跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)和 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì) 。 I 自動(dòng)跟蹤太陽智能型太陽能系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 人類正面臨著石油和煤炭等礦物燃料枯竭的嚴(yán)重威脅，太陽能作為一種新型能源具有儲(chǔ)量無限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但是太陽能又存在著低密度、間歇性、空間分布不斷變化的缺點(diǎn)，這就使目前的一系列太陽能設(shè)備對太陽能的利用率不高。 太陽光線自動(dòng)跟蹤裝置解決 了 太陽能利用率不高 的 問題。 第一， 機(jī)械 部分 設(shè)計(jì)： 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 主要包括 底座、 主軸 、 齒輪和齒圈等 。 第二，控制 部分設(shè)計(jì) ： 主要包括傳感器部分 、 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 等 。傳感器采用 光敏電阻 ， 將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處下方 。 關(guān)鍵詞 太陽能 ； 跟蹤 ； 光敏電阻； 單片機(jī) ； 步進(jìn)電機(jī) II I 目 錄 1 緒論 .............................................................................................................................................. 1 課題來源 ................................................................................................................................ 1 課題背景 ................................................................................................................................ 1 能源現(xiàn)狀及發(fā)展 .............................................