【正文】 對(duì)于環(huán)形支架轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤太陽(yáng)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(yáng)南北方向的運(yùn)動(dòng)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的兩個(gè)方向的跟蹤。 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(duì)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(duì)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(duì)與支架轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)馬達(dá) 馬達(dá) 2的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)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(duì)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(wèn)題，以及成本等各個(gè)方面考慮，有以下幾種跟蹤器。 [18]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(yáng)赤緯角在一年中的變化。 6 2 太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律 由于地球的自轉(zhuǎn)和地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)導(dǎo)致了太陽(yáng)位置相對(duì)于地面靜止物體的運(yùn)動(dòng)。論文的主要工作包括 : (l)分析太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律，比較國(guó)內(nèi)外主要的幾種跟蹤方案，提出合理的跟蹤策略 ； (2) 機(jī)械部分也是實(shí)現(xiàn)追蹤目的的關(guān)鍵，主要是機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算，裝配圖及其零件圖 ； (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； (4)選取控制芯片，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)； (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。 目前， [17]太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(yáng)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)。 20xx 年 2月美國(guó)亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽(yáng)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(yáng)追蹤系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在太陽(yáng)能跟蹤 方面，我國(guó)在 1997 年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過(guò)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(guó)裝機(jī)容量最大的太陽(yáng)能電站。在聯(lián)網(wǎng)陽(yáng)光電站建設(shè)方面，計(jì)劃 2020 年前建成 5 座 MW 級(jí)陽(yáng)光電站。全國(guó)從事太陽(yáng)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(guó)由建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能“九五”計(jì)劃和 20xx 年規(guī)則》中已將太陽(yáng)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 20xx 年前推廣 150 萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)。太陽(yáng)能在能源發(fā)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，據(jù)美國(guó)博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)的研究結(jié)果表明，到 2050 年后，核能將占第一位，太陽(yáng)能占第二位， 21 世紀(jì)末，太陽(yáng)能將取代核能占第一位，很多國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能的利用加強(qiáng)了重視。目前，美國(guó)正在新建幾座新的太陽(yáng)能電站。 20xx 年， [14]美國(guó)光伏發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到 100 萬(wàn)千瓦，排在日本和德國(guó)之后，居世界第 3位。已用 4%的德國(guó)家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽(yáng)能，估計(jì)每年可節(jié)約 億升取暖用油。這家太陽(yáng)能發(fā)電廠投資 7000 萬(wàn)歐元，占地 77 萬(wàn)平方米，發(fā)電總?cè)萘窟_(dá) 12 兆瓦，能為 3500 多個(gè)家庭 4 供電。根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)的數(shù)字，在過(guò)去的幾年中，德國(guó)太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了 5倍，增速比其他國(guó)家平均水平高出一倍。 德國(guó)對(duì)太陽(yáng)能資源的利用可追 溯到 20 世紀(jì) 70 年代，現(xiàn)在德國(guó)已經(jīng)在太陽(yáng)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(yáng)能系統(tǒng)。太陽(yáng)光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)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(yáng)能利用的國(guó)內(nèi)外發(fā) 展現(xiàn)狀 日本是世界上太陽(yáng)能開發(fā)利用第一大國(guó)，也是太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)強(qiáng)國(guó)。但是太陽(yáng)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(yáng)光，那就必須要跟蹤太陽(yáng)。太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)為解 決這一問(wèn)題提供了可能。就目前的太陽(yáng)能裝置而言，如何最大限度的提高太陽(yáng)能的利用率，仍為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。 提高太陽(yáng)能的利用率 [9]太陽(yáng)能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用提出了更高的要求。 [8]基于當(dāng)今世界能源問(wèn)題和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題已成為全球的一個(gè)“人類面臨的最大威脅”的嚴(yán)重問(wèn)題，本課題的目的是為了更充分的利用太陽(yáng)能、提高太陽(yáng)能的利用率，而進(jìn)行太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)的開發(fā)研究，這對(duì)我們面臨的能源問(wèn)題有重大的意義。其中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的太陽(yáng)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(lái)維持日益增長(zhǎng)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(wèn)題。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，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(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置，該裝置能自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光線的運(yùn)動(dòng)，保證太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)去漫長(zhǎng)的 11 億年中，太陽(yáng)消耗了它本身能量的 2%，可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。 2 目前太陽(yáng)能的開發(fā)和利用 人類直接利用太陽(yáng)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(duì)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(guó)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(zhǎng)。 A。 據(jù)估算 [3]，我國(guó)陸地表面每年接 收 的太陽(yáng)輻射能約為 5010 18kJ，全國(guó)各地太陽(yáng)年輻射總量達(dá) 335～ 837KJ/cm2 我國(guó)地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。 相對(duì)于日益枯竭的化石能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能似乎是未來(lái)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(zhǎng) l%，而太陽(yáng)能發(fā)電每年增長(zhǎng)達(dá) 20%，風(fēng)力發(fā)電的年增長(zhǎng)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(guó)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。 課題背景 能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能 ； 跟蹤 ； 光敏電阻； 單片機(jī) ； 步進(jìn)電機(jī) III Abstract Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on. These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar. In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. First, the mechanical part is designed. Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun39。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。 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。 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。太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置解決了太 陽(yáng)能利用率不高的問(wèn)題。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用 影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解 ***********關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 圖書分類號(hào)： 密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) DESIGN OF AUTOMATIC TRACKING SYSTEM FOR SOLAR ENERGY I 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。 本人 完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 II 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(yáng)能作為一種新型能源具有儲(chǔ)量無(wú)限、普遍存在、利用清潔、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但是太陽(yáng)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(yáng)能設(shè)備對(duì)太陽(yáng)能的利用率不高。本文對(duì)太陽(yáng)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)。當(dāng)太陽(yáng)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(yáng)能板實(shí)現(xiàn)垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 2的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。系統(tǒng)采用光電檢測(cè)追 蹤模式實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。當(dāng)兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng)度不相同時(shí)，通過(guò)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(duì)太陽(yáng)的跟蹤。s rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction. At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control the large gear and the solar panels are r