【正文】 要將太陽能電池組件產生的電能儲存起來，它的作用是將太陽能電池方陣從太陽輻射能轉換來的直流電轉換為化學能貯存起來，以供應用。單片機把各項功能部件都集成在一塊芯片上，因此它的結構緊湊、超小型化、價格低廉、易于開發(fā)應用。在本系統(tǒng)中，考慮選用的控制核心為單片機。由于太陽的位置角度和時間有關，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。電池板固定架用來對太陽能電池板進行固定，要求設計合理，穩(wěn)定。由于研發(fā)要求系統(tǒng)要結構緊湊，電機選取的為小型步進電機，輸出扭矩達不到轉向要求，因此要選用減速機構來提升輸出扭矩，在本光伏系統(tǒng)中，選取的是小型渦輪蝸桿減速機構。驅動電機選用的是步進電機，此種電機性能可靠，對于角度量轉向控制精確。轉向結構的構成設想基于簡單易安裝的要求，主要由底座、驅動電機、聯(lián)軸器、減速機構、電池板固定框架等構成。轉向機構機械部件的選取必須滿足性能可靠、價格低廉和結構簡單的研發(fā)要求。目前市場上的太陽能電池基本都為封裝后的成品，通過封裝處理的太陽能電池就可以應對各種氣候條件，并且耐沖擊，可以適應各種應用條件，達到了長期使用的目的，從而很好的滿足了本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)要求。不能滿足本系統(tǒng)經久耐用的研發(fā)要求。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。（二）跟蹤系統(tǒng)的組成跟蹤系統(tǒng)主要構成一般為：（1）太陽能采集裝置；（2）轉向機構；（3）控制部分；（4）貯能裝置；（5）逆變器。根據(jù)本系統(tǒng)的整體要求，裝置的各組成部分應該選用常用而且性價比與可靠性較高的構件，要使系統(tǒng)機構盡量簡潔，避免過于復雜和昂貴，要便于安裝和維護。在本課題中采用的是雙軸跟蹤的方法對太陽進行即時跟蹤，使太陽能接收裝置能夠始終正對太陽，從而提高吸收效率。對太陽能的利用一般都是采用太陽能采集裝置把太陽能量轉化為其他類型的可用能源而加以利用，在本研究中，確定了使用太陽能電池板把太陽能量轉化為電能。為本課題中太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)提供了基礎和依據(jù)。 太陽集熱跟蹤臺主程序開始跟蹤臺自動回零實驗初始參數(shù)設置試驗開始？自動跟蹤子程序數(shù)據(jù)采集子程序流量控制子程序溫度控制子程序數(shù)據(jù)處理子程序試驗結束？主程序結束NNYY 試驗主流程圖子程序開始計算太陽當前位置跟蹤器當前位置是否為零點？自動調整跟蹤對準太陽跟蹤器自動快速指向太陽是否已對準太陽？子程序結束 自動跟蹤子程序YYNN（八）本章小結在本章節(jié)中分析了現(xiàn)代能源日益短缺的嚴峻現(xiàn)狀和新型能源發(fā)展的趨勢，從而說明了利用太陽能做為一種新型能源是有效而可行的，太陽能是一種清潔環(huán)保并且用之不竭的能源，如何對其進行利用將是未來能源研究發(fā)展的趨勢。校正可以選擇任一天中的幾個不同時刻進行，得到一組高度角和方位角的校正系數(shù)，取其平均值。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，還跟步進電機的精度以及跟蹤轉臺的機械結構有關，因而需要對跟蹤軌跡的程序進行校正。接著每間隔一定時間，自動調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。每當試驗時，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動回零。的步距角就可以算出相應的脈沖數(shù)。同步帶輪與絲杠的傳動比為2:1，當步進電機轉動1圈即360176。/，山此可以計算集熱器方位角為a時步進電機發(fā)出的脈沖數(shù)為120a/。 的步距角計算，當水平轉臺轉動1176。減速器的傳動比為1:120，電機轉動120176。集熱器固定在臺架平面上。因此需要對太陽進行實時跟蹤。（7）地平坐標系跟蹤方法的應用國家太陽能檢測中心開發(fā)了一套太陽集熱器性能測試系統(tǒng)，其中就包括了太陽跟蹤器。限位裝置有東、兩、上、下四個極限限位功能，跟蹤精度高，范圍寬，有自動返回功能?？刂撇捎霉?、機、電一體化技術，通過對太陽光強弱的檢測，實現(xiàn)對太陽的全自動跟蹤，可廣泛應用于農業(yè)、電信、氣象等領域中。未來的太陽跟蹤裝置應采用全自動跟蹤陣。另一類是定日式，它將太陽光反射到所設計的固定方向，太陽作周日視運動，赤道裝置繞極軸按周日角速度勻速運動，抵消地球自轉，使儀器法向保持指向天球某一固定的赤經方向，緯軸則保證儀器法向的赤緯和太陽赤緯相同，實現(xiàn)跟蹤。自人造天體發(fā)射后又出現(xiàn)了三軸、四軸式跟蹤器。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。（6）用于天文觀測和氣象臺的太陽跟蹤裝置?！岸嘣ā碧柖ㄎ谎b置由6個單方向定位裝置構成，并且它們共用正中央的光敏電阻。正中央的光敏電阻與接收面垂直，Aa，Bb，Cc，Dd，助，F(xiàn)f將圓分成12 等份，它們分別代表單方向定位裝置。 不同長度圓筒的太陽光偏離角度方位示意圖 “多元法”太陽跟蹤裝置得傳感器結構“多元法”太陽跟蹤裝置。當使用長圓筒時，假設太陽光線偏離一個超出了范圍A又在B的范圍內的角度，所示因為偏離角度超過了范圍A，圓筒內部兩個光電阻產生了照度差值，該信號經過處理放大，控制跟蹤器跟蹤上太陽；如果此時使用較短圓筒，偏離角度在B的范圍內則不會使內部兩個光電阻產生照度差，系統(tǒng)不會進行跟蹤，因此此時系統(tǒng)的精度高于使用短圓筒的情況。假設圓筒內部兩個光電阻同時直接受到太陽光照射的情況下，長圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為A，即太陽光線的偏離角度在A的范圍內，長圓筒內部的兩個光敏電阻不會出現(xiàn)照度差。理論上講，圓筒的長度越長，跟蹤器的精度就越高。但提高光敏電阻的阻值，使得相應的供電電源的電壓要變大才能驅動跟蹤器，提高了能耗及其成本。為了使傳感器準確的跟蹤太陽運動，首先要通過試驗找出較為合適的光敏電阻。當太陽光偏離了一個較大的角度時(陰雨天或者烏云過后)，筒內的傳感器可能接收不到太陽光，筒外的傳感器就能反應出照度差值，該信號經放大后送入控制單元，控制跟蹤器開始工作。而(PS，P7)這一對光電阻受到了圓筒對環(huán)境散射光的屏蔽保護，它們接收的照度會出現(xiàn)差值，這就是偏離信號。當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。另一對光電阻(P6，PS)南北對稱安裝在圓筒的內側，用來精確檢測太陽的視高度。在圓筒內部，東、南、西、北四個方向上也分別布置4只光電阻。其中一對光電阻(PI，P3)東西對稱安裝在圓筒的兩側，用來粗略的檢測太陽由東往西運動的偏轉角度即方位角。太陽實際位置執(zhí)行機構集熱裝置光敏傳感器+集熱裝置實驗位置 光電式太陽跟蹤裝置原理 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。與前兩種跟蹤裝置相比，光電式跟蹤器可通過反饋消除誤差，控制較精確，電路也比較容易實現(xiàn)，受到普遍關注。（5）光電式太陽跟蹤裝置。其缺點是機構只能做成單軸跟蹤器，不能自動復位(除非另外加復位機構)因而不能滿足晝夜更替之后的跟蹤需求?？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。由于系統(tǒng)的慣性很大，如不采取措施往往會跟蹤過頭，不管轉多大的角度，電磁鐵始終按照吸合一釋放一吸合一釋放的間歇方式動作，集熱裝置逐步向西旋轉，直至追上太陽。因多云天氣太陽被云層遮擋的時(aJ較長，跟蹤器常因失去目標而停止動作。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。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。電磁鐵的動力又由硅太陽能電池板供給。重力的控放由彈簧通過制動裝置和杠桿來實現(xiàn)?？胤攀教柛櫻b置由配重塊、彈簧、杠桿、制動裝置、電磁鐵等部分組成。控放式太陽跟蹤裝置對太陽方位角進行單向跟蹤，操作時，在太陽能接受面板西側安放一偏重，作為太陽能接受面板向西轉動的動力，并利用控放式自動跟隨裝置對此動力的釋放加以控制，使鏡面隨著太陽的西偏而轉動。缺點是沒有足夠的工作空間，而且一般只用于單軸跟蹤，不能完成自動對太陽往返于南北回歸線之間運動的跟蹤，只能每隔一段時間，重新對準陽光，因此精度比較低。第二天早上日出東方，曬熱右側黑管，液壓缸帶動跟蹤器迅速做順時針轉動，重新對準太陽集熱。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。黑管內充有低沸點的液體物質，在常溫下，部分液體汽化形成飽和蒸汽，同時產生一定的飽和蒸汽壓，通過膠管驅動雙桿雙作用液壓缸運動，達到自動跟蹤目的。要使兩個容器冷卻速度不同，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絕熱層等等。這種太陽跟蹤器在夜間能自動返回原來的位置。液體多的容器重量增加，使裝置傾斜而跟蹤太陽，直至對準時為止。在容器的適當位置裝有太陽能擋板，只有在裝置對準太陽時，太陽輻射能才可等量地照射到兩個容器上。跟蹤器是裝在太陽能利用裝置樞軸兩側的一對裝有低沸點液體的密閉容器。與此相類似的太陽跟蹤裝置還有重力差式跟蹤器和液壓式跟蹤器。.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)。為了取得太陽的偏移信號，在反射鏡周邊設有一組空氣管作為時角的跟蹤傳感器。（3），參考國外單軸跟蹤太陽時角的熱水器，研制了一種壓差式單軸太陽跟蹤器，現(xiàn)己用在太陽能熱水器上。首先計算出太陽的位置，然后求出每個反射鏡要求的位置，再通過固定在兩個旋轉軸(高度角和方位角跟蹤軸)上的13位增量式編碼器得到反射鏡的實際位置，最后把反射鏡要求所處的位置同實際上所處的位置進行比較，使反射裝置對太陽運動進行跟蹤I38)。首先利用一套公式通過計算機算出在給定時間的太陽的位置，再計算出跟蹤裝置被要求的位置，最后通過電機傳動裝置達到要求的位置，實現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤。太陽的高度角隨季節(jié)的變化不是均勻的，對這種屬于被動式的跟蹤裝置，單軸跟蹤系統(tǒng)需要在每天開始工作時調整角度以對準太陽，雙軸跟蹤系統(tǒng)累積誤差比較大，需要定期進行校正。這種跟蹤裝置的主要優(yōu)點是:結構簡單，便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡單。這樣反射器就能全年和入射陽光相垂直，達到跟蹤太陽的目的。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轉動的角度，從而確定出電動機的轉速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應變動。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。1929 年推出了太陽灶自動跟蹤系統(tǒng)。捷克科學院物理研究所則以形狀記憶合金調節(jié)器為基礎，通過日照溫度的變化實現(xiàn)了單軸被動式太陽跟蹤。2002年2月美國亞利桑那大學推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結構，結構緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應用領域。 高度方位角式全跟蹤目前，國外對于太陽光線自動跟蹤裝置(或稱為太陽跟蹤器)的研究有，美國Blackace，在1997年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調節(jié)，接收器對太陽能的熱接收率提高了15%。工作時太陽能設備的能量轉換部分根據(jù)太陽的視日運動繞方位軸轉動改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運動改變太陽能設備的能量轉換部分的傾斜角，從而使能量轉換部分所在平面的主光軸始終與太陽光線平行。 極軸式跟蹤高度角方位角式太陽跟蹤方法又稱為地平坐標系雙軸跟蹤。工作時太陽能設備的能量轉換部分所在平面繞極軸運轉，其轉速的設定與地球自轉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動是為了適應太陽高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調整。(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。而在早上或下午太陽光線都是斜射。 單軸焦線東西水平布置（南北跟蹤），跟蹤系統(tǒng)的轉軸(或焦線)東西向布置，根據(jù)事先計算的太陽方位的變化，太陽能設備的能量轉換部分繞轉軸作俯仰轉動跟蹤太陽。(1)單軸跟蹤一般采用：傾斜布置東西跟蹤；焦線南北水平布置，東西跟蹤；焦線東西水平布置，南北跟蹤。但是這種跟蹤方式算法復雜，成本高，對于小型碟式發(fā)電系統(tǒng)來說，可以考慮使用高精度傳感器跟蹤裝置來降低成本。由于接收器安裝在碟式反射鏡的焦點上，那么只要碟式反射鏡的中軸線跟太陽光線平行，便能保證碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能轉換效率為最大。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?；蛟诮裹c處直接放置發(fā)動機組發(fā)電，如斯特林發(fā)動機組構成的碟式太陽能斯特林發(fā)電裝置，技術上更為先進。碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作原理比較簡單，利用旋轉拋物面反射鏡，將入射陽光聚焦在一點上，即為點聚焦，其聚光比可以高達數(shù)百到數(shù)千倍。主要特征是采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器，其結構從外形上看類似于大型拋物面雷達天線。在一般情況下跟蹤精度越高其結構就越復雜，造價就越高，甚至造價高于光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電池的總造價。跟蹤過程當中就是要確保太陽光線與透鏡的中軸線平行。它是電池模塊外罩的一部分，電池組件的散熱器位于電池外罩的陰影里(正常跟蹤狀態(tài))，不被太陽光直射，因而便于散熱，使電池的溫度低，效率較高。菲涅爾透鏡也是聚光電池模塊的主要部件，具有體積小、重量輕、加工方便、透光率高等特點。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。如果聚光倍率增加到幾十倍以上，聚光太陽電池的光電轉換效率，一般應大于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換性能要得到保證，故在半導體材料選擇、電池結構和柵線設計等方面都要進行一些特殊考慮。它通過聚光器而使較大面積的太陽光會聚在一個較小的范圍內，形成“焦斑”或“焦帶”，并將太陽電池置于這種“焦斑”或“焦帶”上，以增加光強，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多的電能輸出。聚光電池陣列由若干聚光電池串并聯(lián)構成，若干陣列的串并聯(lián)還可構成不同規(guī)模的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)。定日鏡采用視日運動軌跡跟蹤和傳感器跟蹤相結合的方式進行跟蹤，當定日鏡和接收器表面最大距離為300m時， ，跟蹤角度精度達到19176。所以，在太陽能熱發(fā)電站中，塔式電站的控制系統(tǒng)最為復雜。對于定日鏡來說，如果入射光線在太陽方位角和高度角方向分別偏轉角度時