【正文】 繞季軸旋轉(zhuǎn)，以跟蹤太陽的赤緯運動。 （ 1） 時鐘式太陽跟蹤裝置是一種被動式的跟蹤裝置，有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時法。 1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單軸跟蹤，國家氣象局計量站在 1990 年研制了 FST型全自動太陽跟蹤器，成功的應用于太陽輻射觀測 。 近幾年來國內(nèi)不少專家學者也相繼開展了這方面的研究。 1994年在德國北部，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。 1998年美國加州成功的研究了八 JM兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可 以使小塊的太陽能面板硅收集更多能量，使熱收率進一步提 跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風窗體是白晝光照鼓膜結構窗體，窗體上面是圓頂結構，成排的太陽能收集器可以從東到西跟蹤太陽，以提高夏季能量的獲取率。這種跟蹤系統(tǒng)的特點是跟蹤精度高，而且太陽能設備的能量轉(zhuǎn)換部分的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結構的設計比較容易。太陽能設備的能量轉(zhuǎn)換部分的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。這種跟蹤方式并不復雜，但在結構上反射鏡的重量不通過極太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 11 軸軸線，極軸支承裝置的設計比較困難。極軸式全跟蹤原理如圖 ，太陽能設備的能量轉(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。單軸跟蹤的優(yōu)點是結構簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能設備的能量轉(zhuǎn)換部分的主光軸平行，接收太陽能的效果并不理想。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時太陽能接收率最大 。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。 （ 五 ） 太陽能跟蹤技術現(xiàn)狀 現(xiàn)階段國內(nèi)外已經(jīng)有的跟蹤裝置的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種 。 圖 蝶式太陽能系統(tǒng)發(fā)電裝置 目前碟式發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤方式和塔式電站中定日鏡的跟蹤方式完全相同，多 采用視日運動軌跡跟蹤和傳感器跟蹤相結合的跟蹤方式。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。 但是正是由于其高倍聚光的作用，落在光伏電池上的光斑能量很強，因此聚焦式光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術是精確跟蹤太陽，其聚光比越大跟蹤精度要求就越高，聚光比為400時跟蹤精度要求小于 176。 圖 聚光太陽電池組件模塊的結構 太陽能自動跟蹤聚焦光伏發(fā)電系統(tǒng)是 采用聚焦的方式將太陽光的光能密度大大提高 (400倍以上 )，可使太陽能電池轉(zhuǎn)換效率提高，在小面積的單晶硅片上獲得大的電流。菲涅爾透鏡一方面對太陽光進行聚焦，另一方面對電池組件也起保護作用。特點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。這時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構制造聚光太陽電池。 聚光太陽電池分兩類，一般低倍率的聚光，采用晶體硅太陽電池，適當考慮散熱條件即可。 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 。如圖 。 。 美國太陽 Ⅱ 號電站是世界上較為典型的塔式太陽能熱發(fā)電站，是在總結太陽 I號電站試運行的基礎上，為推進塔式太陽能熱發(fā)電站商用化進程而建設的先導性工程。 在塔式系統(tǒng)中，各個定日鏡相對于中心塔有著不同的朝向和距離，因此，每個定日鏡的跟蹤都要進行單獨的兩維控制，且各個定日鏡的控制各不相同。 由幾何光學基本知識可知，要使反射光線方向保持不變，當入射光線偏轉(zhuǎn) ? 角度時，平面鏡需要偏轉(zhuǎn) ? /2角度。 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 .它們按四個象限分布在高大的中心接收塔四周，形成一個巨大的鏡場。在這里把吸收的太陽七能轉(zhuǎn)換成熱能，然后由傳熱介質(zhì)經(jīng)過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機，膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，最后以電能的形式輸出，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。隨著技術的進步，光伏系統(tǒng)的成本會越來越低，性能會越來越好，應用的領域會越來越寬廣。從國家發(fā)改委制定的中長期規(guī)劃看 ,20xx2020年每年的平均裝機容量約60MW。近來一些幾瓦到幾百 瓦的中小型光伏發(fā)電應用系統(tǒng)也出現(xiàn)在生活中，如太陽能交通警示燈，高速公路上的太陽能廣告牌，太陽能路燈等。目前我國已建成的較大的光伏電站有西藏雙湖 25千瓦光伏電站，西藏安多 100千瓦光伏電站以及目前中國最大的新疆北塔山牧場 150千瓦太陽能光伏電站等。因此 ,到 20xx年世界光伏系統(tǒng)累計安裝容量將達到 14～ 15GW。預測未來 10年仍將保持 10%或稍高的發(fā)展水平 ,達到 (約 %)。按照預計的發(fā)展速度 ,20xx 年美國光伏銷售達到 。歐盟的可再生能源白皮書及相伴隨的“起飛運動”是驅(qū)動歐洲光伏發(fā)展的里程碑 ,總目標是 20xx年光伏發(fā)電裝機容量達到 3GW。目前以 %的年平均增長率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場增長率的首位。光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導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)電是當今太陽能發(fā)電的主流。 太陽能應用包括太陽能發(fā)電和太陽能熱利用。全國各地太陽能輻射量為 3340 8400MJ/()，中值為 5852MJ/（ m2? a）。我國的國土跨度從南至北，自西至東，距離都在 5000km以上，總面積達 960萬平方公里，占世界陸地總面積的 7%,居世界第三位。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術突破，太陽能利用的經(jīng)濟性將會更明顯。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 5 接收太陽能時不征收任何“稅”，可以隨地取用 。 太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。 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于其他能源來說，太陽能對于地球上絕 大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。在到達地球表面的太陽輻射能中，到達地球陸地表面的輻射能大約為 X 1013kW，相當于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬五千多倍。太陽放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。 太陽輻射能與煤炭，石油，核能相比較。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達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。 （二） 太陽能的特點 太陽是一個巨大的能源，萬物生長都要依靠太陽，地球上絕大部分能源歸根究底是來自太陽的。太陽能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應用為人們描繪出希望。能源短缺的形勢很嚴峻，當前世界多數(shù)國家對能源問題都很重視。煤的儲量約為 5600億噸， 1995年煤炭開采量為 3億噸，可以供應 169年 。據(jù)有關資料顯示 :石油儲量的綜合估算，可支配的化學能源的極限大約為 1180一 1510億噸，以 1995年世界石油的年開采量 32億噸計算，石油儲量大約在 2050年左右宣告枯竭 。現(xiàn)在人們常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。能源問題關系到經(jīng) 濟是否能夠可持續(xù)發(fā)展。 化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導致溫室效應，引起全球氣候變化。正是由于上述原因，世界能源問題日益嚴峻，表現(xiàn)在如下方面： 世界上大部分國家能源供應不足，據(jù)統(tǒng)計近 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 計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量只能用到 2050年，天然氣也只能延續(xù)到 2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎，社會經(jīng)濟發(fā)展得越快，人類對能源的需求就越大，利用能源時可能對環(huán)境造成較大程度的破壞。 由于時間及作者目前的知識限制，跟蹤系統(tǒng) 只是 進行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機會再進行改進。該系統(tǒng)是以單片機為核心，利用太陽軌道公式進行太陽高度角及方位角計算，并利用 計時芯片以及 步進電機驅(qū)動雙軸跟蹤系統(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。利用潔凈的太陽光能，以半導體光生伏打效應為基礎的光伏發(fā)電技術有這十分廣闊的應用前景。 （一）原文 ............................................................................................... 錯誤 !未 定義書簽。 五 程序部分的設計 ............................................................................................................... 49 （一）流程圖設計 .......................................................................................................... 49 （二）程序設計 .............................................................................................................. 52 （三）本章小結 ........................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 第 3 頁 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 主要參考文獻（資料）： 《單片機原理》教材 《控制電機》教材 《傳感器原理及檢測 技術》教材 《模擬電子技術》教材 太陽能電池的有關資料（自己檢索） 相關的地理、天文資料（自己檢索） 專業(yè)班級 電氣 自動化 09 級 211 班 學生 陳彪 要求設計 (論文 ) 工作起止日期 20xx 年 12 月 20 日 — 20xx 年 3 月 26 日 指 導 教 師 簽 字 日期 教 研 室 主 任 審 查 簽 字 日期 系主任批準簽字 日期 第 4 頁太陽能電池板照射角自動跟蹤系統(tǒng)設計 I 目 錄 摘要 ........................................................................................................................................ 1 一、概述 ................................................................................................................................. 3 （一）能源與環(huán)保 ............................................................................................................ 3 ................................................................................................................ 3 ................................................................................................................ 3 ................................................................................................................ 3 （二）太陽能的特點 ......................................................................................................... 4 （三）國內(nèi)外太陽能應用的現(xiàn)狀 ............................................................................