【正文】 光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率可提高40%。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池發(fā)電原理：利用光伏發(fā)電，即通過一對有光響應(yīng)的器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。目前，提高太陽能利用率的研究主要集中在兩方面：一方面是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，另一方面是提高太陽能的集熱率；前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決【1】。因此，設(shè)計開發(fā)能自動追蹤太陽光照的控制系統(tǒng)，是非常有價值的研究課題。如果能始終保持太陽能電池板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，則能充分利用豐富的太陽能資源。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的問題，這對太陽能的收集和利用裝置提出了更高的要求。太陽能以其不竭性和環(huán)保優(yōu)勢已成為當(dāng)今國內(nèi)外最具發(fā)展前景的新能源之一。 太陽能是已知的最原始的能源，它干凈、可再生、豐富，而且分布范圍廣，具有非常廣闊的利用前景。 系統(tǒng)研究背景太陽能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應(yīng)用為人們描繪出希望。能源短缺的形勢很嚴(yán)峻，當(dāng)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(yīng)169年。據(jù)有關(guān)資料顯示:石油儲量的綜合估算，可支配的化學(xué)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?，F(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(guān)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(dǎo)致溫室效應(yīng)，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(yán)峻，表現(xiàn)在如下方面： 能源緊缺世界上大部分國家能源供應(yīng)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(yù)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(chǔ)，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(jìn)行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機會再進(jìn)行改進(jìn)。手動模式下，用戶可以依據(jù)需求手動調(diào)節(jié)太陽能電池組件的水平角和俯仰角。用戶通過GOT可以選擇系統(tǒng)工作模式：自動、手動模式。本系統(tǒng)基于三菱PLC等自動化產(chǎn)品設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且精度高的太陽能自動追蹤系統(tǒng)，以提高太陽能的利用率。揚州市職業(yè)大學(xué)汽車與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:倪文健學(xué) 號：100201327教研室: 機電一體化專 業(yè): 機電一體化技術(shù)題 目:機械設(shè)計基于PLC的太陽能追光控制系統(tǒng) 指導(dǎo)者： 戴亦宗 評閱者： 2013 年 5 月 揚州市職業(yè)大學(xué)汽車與電氣系畢業(yè)設(shè)計（論文）評語學(xué)生姓名： 倪文健 班級、學(xué)號 100201327 題 目：基于PLC的太陽能追光控制系統(tǒng)機械設(shè)計 綜合成績： 指導(dǎo)者評語：指導(dǎo)者(簽字)： 2013年 5 月 15 日畢業(yè)設(shè)計（論文）評語評閱者評語： 評閱者(簽字)： 年 月 日答辯委員會（小組）評語： 答辯委員會（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）摘要摘 要隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，太陽能等新能源的開發(fā)、利用越來越受到社會的關(guān)注，太陽能是一種理想的清潔綠色能源，但轉(zhuǎn)換和利用率不高，造成了太陽能利用的局限性很大。如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換和利用率、降低發(fā)電系統(tǒng)建造成本是研究太陽能發(fā)電系統(tǒng)的兩大難題。本系統(tǒng)利用安裝在太陽能電池組件的不同方位光敏傳感器檢測太陽與電池組件相對位置，檢測結(jié)果傳輸給PLC，PLC通過變頻器、伺服放大器分別驅(qū)動三相低速同步電機和伺服電機動作，實現(xiàn)水平角和俯仰角兩軸控制。自動模式下，系統(tǒng)首先通過雨水傳感器檢測天氣情況，如是雨天則自動停止在原位不工作；非雨天情況下，系統(tǒng)則進(jìn)一步自動辨別陰晴天氣，非陰天系統(tǒng)自動追蹤太陽，以使太陽能電池組件的輻照最大化。同時系統(tǒng)具有惡劣天氣自我保護(hù)功能，如強風(fēng)天氣，系統(tǒng)會自動將太陽能電池組件保持水平位置，以減少迎風(fēng)面。關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 伺服 太陽能 追蹤目錄1緒論 1 1 能源緊缺 1 環(huán)境污染 1 1 系統(tǒng)研究背景 2 2 3 4 42方案論證 5 5 5 7 8 8 9 9 驅(qū)動控制方案論證 10 驅(qū)動電機論證 10 系統(tǒng)方案 10 本章小結(jié) 113機械傳動機構(gòu)設(shè)計 12 12 機械傳動機構(gòu)工作原理 13 機械傳動機構(gòu)安裝注意事項 13 134電氣控制設(shè)計 14 14 14 雨水傳感器 17 風(fēng)速傳感器 17 變頻器 18 18 21 22 23 23 伺服電機連接 25 三相交流電機連接 25 PLC電氣連接 25 電氣控制箱設(shè)計與安裝 27 電氣元器件清單 29 本章小結(jié) 295系統(tǒng)軟件設(shè)計 30 GOT畫面設(shè)計 30 系統(tǒng)控制策略 31 順序控制流程圖 32 梯形圖程序設(shè)計 32 I/O端口分配表 32 軟元件說明 33 梯形圖程序 34 模擬量收集 34 本章小結(jié) 346系統(tǒng)調(diào)試 35 35 35 調(diào)試前的檢查 35 36 機械傳動機構(gòu)調(diào)試 36 傳感器調(diào)試 37 GOT調(diào)試 37 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試 41 晴天 41 陰天 42 雨天 42 大風(fēng)天氣 42 緊急情況 42 本章小結(jié) 437結(jié)論 44 44 系統(tǒng)的提升 44 展望 44參考文獻(xiàn) 46致謝 471緒論隨著時代的前進(jìn)，人類社會和經(jīng)濟的發(fā)展速度日益增加，但是與此同時人類社會的負(fù)擔(dān)和責(zé)任也隨之增加。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。 環(huán)境污染由于燃燒煤、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。這一問題己提到全球的議事日程，有關(guān)國際組織己召開多次會議，限制各國COZ等溫室氣體的排放量。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的極大關(guān)注。占人們能源消費的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。天然氣儲備估計在13180~152900兆立方米，年開采量維持在2300兆立方米，將在57一65年內(nèi)枯竭。鈾的年開采量目前為每年6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會的估計可維持到21世紀(jì)30年代中期，核聚變在2050年前沒有實現(xiàn)的希望。新能源技術(shù)及節(jié)能技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。其中太陽能應(yīng)用技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在全世界蓬勃發(fā)展，使人們在能源危機的焦慮中，感到不少欣慰。但太陽能利用效率低，這一問題一直影響和阻礙著太陽能技術(shù)的普及，如何提高太陽能利用裝置的效率，始終是人們關(guān)心的話題，太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計為解決這一問題提供了新途徑，從而大大提高了太陽能的利用效率。光伏（PV）發(fā)電技術(shù)在國外已得到深入研究和推廣,我國在技術(shù)上也已基本成熟，并已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，不能充分利用太陽能資源，發(fā)電效率低下。根據(jù)據(jù)實驗，在太陽能發(fā)電中，相同條件下，采用自動跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35 %左右。太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。無論哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的采光裝置能自動追蹤太陽并始終保持與太陽光垂直，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角有關(guān)，當(dāng)太陽光線與太陽電池板平面垂直時轉(zhuǎn)換率最高。因此在這樣一個大前提下，我們需要制作一套全自動太陽能追光系統(tǒng)，實現(xiàn)了最大限度地使用太陽能，相信在不久的將來，它可以真正用到實處，用到人們的日常生活中去太陽輻照追蹤裝置要對應(yīng)于晝夜、陰晴更替?，F(xiàn)有用于太陽觀測科學(xué)研究的太陽追蹤裝置雖然追蹤準(zhǔn)確但是價格太昂貴，如國家氣象計量站研制的FST型全自動太陽跟蹤器采用傳感器定位和太陽運行軌跡定位相結(jié)合的設(shè)計彌補了赤道架型太陽跟蹤器的缺點，具有全自動、全天候、跟蹤精度高等優(yōu)點【2】 。普通民用太陽追蹤裝置比如1997年美國Blackace研制的單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的白動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié)，接收器的熱接收率僅提高了15% 。該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個方位跟蹤器具有人直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽能收集器可以從為、到西跟蹤太陽，以提高夏天季節(jié)里能量的獲取率?！?】這些普通民用太陽追蹤裝置，普遍存在的問題是精度差。【4】本系統(tǒng)嘗試?yán)萌怆姍C相關(guān)FA產(chǎn)品：PLC、變頻器、伺服放大器、伺服電機等設(shè)計、制造一種簡單、經(jīng)濟、高效并能實現(xiàn)兩軸控制的太陽能電池組件輻照追蹤系統(tǒng)。 2方案論證眾所周知 ，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。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)上運行，稱為“公轉(zhuǎn)”，其周期為一年。27180。因此，地球處于運行軌道不同位置時，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。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。在周日視運動中，太陽出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。 (為觀察者當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?。夏至日(6月2日)，太陽正午高度達(dá)到最大值90176。27180。夏至過后，太陽正午高度逐日降低，同時白晝縮短，太陽的升落又趨向正東和正西。)，地球北半球的天文秋季開始。秋分過后，太陽的生落點逐日移向南方，白晝時間縮短，黑夜時間增長，正午時候太陽的高度逐日降低。23176。黑夜最長，這時地球北半球天文冬季開始。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率與太陽高度角、大氣透明度、海拔高度、日照時數(shù)、太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率等有關(guān)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)要求電池組件始終盡可能最大限度垂直太陽入射光線，太陽追蹤系統(tǒng)的工作狀況對整個系統(tǒng)的發(fā)電效率有很重大的影。太陽位置每天都在變化，但其運行規(guī)律是確定、可以