【正文】 8 .................................................................................... 8 .................................................................................................. 8 ........................................................ 8 ..................................................................................................... 9 ............................................................................. 9 ..................................................................................... 10 設計要求 ........................................................................................................... 12 、研究方法或措施。從古至今人類獲得能源的途徑，可分為地上能源、地下能源與天上能源等三個層面或者說成是三個階段。到了現(xiàn)代工業(yè)經濟社會階段，主要是煤石能源(煤炭、石油、還有天然氣、地熱能等 )，可稱為煤石能時代，或地下能時代。能源短缺已成為人類社 會面臨的一個非常重大的挑戰(zhàn)，作為世界主要能源的石油，其價格居高不下，前期每桶原油最高單價已突破 100 美元。資料表明，按照現(xiàn)在已經探明的儲量及開采速度，到 21 世紀 80 年代，石油、天然氣資源將枯竭。即使是以鈾為燃料的核電拋開價格、政治、發(fā)生危險泄露的因素不談，也存在資源短缺的間題，已探明儲量的鈾礦資源也將在 2030 年前開采完。資料表明，作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國目前能源生產量僅次于美國和俄羅斯 ，居世界第 3 位；基本能源消費占世界總消費量的 %，僅次于美國，居世界第 2 位，可見我國已經成為一個能源生產和消費大國。然而 2020 年，世界人均一次能源消費量為 噸油當量，日本、美國分別為 噸和 噸油當量，而中國僅為 噸油當量，約為世界平均水平的 3/日本的 1/美國的 1/7。而且，隨著中國 的工西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 2 業(yè)化和城市化進程，在基礎設施建設和民用建筑階段，能源需求量特別大，目前能源消費總量已經接近歐盟 15 國的總量。與此同時，能源資源相對短缺又制約了我國能源產業(yè)的發(fā)展，能源技術相對落后影響了能源供給能力的提高。有專家預測，到 2020 年前后，中 國有可能成為世界第一大油品進口國。我國大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米 4 千瓦時以上，西藏日輻射量最高達每平米 7 千瓦時。與同緯度的其它國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能。 20 2020 年中國太陽電池組件的生產量有了大幅度增長， 2020 年達 萬千瓦，約占世界份額的 %，2020 年達 萬千瓦，約占 3%。 國務院參事、中國可再生能源協(xié)會理事長石定寰在上海召開的 “第二屆中歐國際太陽能光伏產業(yè)發(fā)展論壇 ”上預計， 2020年中國太陽能光伏發(fā)電裝機容量達 1GW， 2020年預計達 5GW， 2O2O年達 20GW。根據電力科學院的預測，到 2050 年中國可再生能源發(fā)電將占到全國總電力裝機的 25%，其中光伏發(fā)電占到 5%。 由此可見，面對日益嚴重的能源危機，根本出路在于盡快從采用煤石能轉而采用太陽能，即從地下能時代轉向天上能時代，或稱太陽能時代。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達 80 萬千瓦，假如把地球表面 %的太陽能轉為電能， 轉變率 5%，每年發(fā)電量可達 1012 千瓦小時，相當于目前世界上能耗的 40 倍。根據歐洲、日本等能源機構預測， 2020年，光伏發(fā)電將占到全球發(fā)電量的 1％， 2040 年將占到全球發(fā)電量的 21％， 2050年左右，太陽能將成為全球主力替代能源。幾十年來，能源問題一直是舉世矚目的重大問題之一。據權威人士估計，世界上已經探明的石油儲量僅可開采 40 多年；天然氣可開采 70 年左右；煤的儲量較豐富，可開采 200 年。能源短缺，礦物燃料減少和污染增加，彼此互相關聯(lián)，威脅著人類的正常生活和持續(xù)發(fā)展。目前許多國家就開展了這方面的工作。其主要有以下優(yōu)點有： ①儲量的 “無限性”。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。 ②存在的普遍性。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產生任何污染是人類理想的替代能源?？梢詮膬蓚€方面看太陽能利用的經濟性。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，太陽能利用的經濟性將會更明顯。但是，它也不可避免地存在一些缺點，致使它未能迅速的大面積推廣 應用。雖然到達地球大氣上界和到達地球表面的太陽能總量都十分巨大，但它的強度卻是相當弱的。從到達地球大氣上界的太陽能來說，太陽常數(shù)的值就表明了這西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 4 個強度的大小。 ②太陽能的另一個弱點就是它的不穩(wěn)定性。而在同一個地點的不同季節(jié)里，冬季的太陽輻射強度顯然又遠遠比不上夏季。而在單位水平面上所接收到的太陽輻射能，除了與太陽輻射強度本身成正比外，還與太陽高度角的正弦成正比，或者說與太陽輻射的入射角的余弦成正比。 ③間歇牲。這就使大多數(shù)太陽能設備在夜間無法工作。 太陽能利用基本方式 太陽輻射能實際上是地球上最主要的能量源泉。人類直接利用太陽能、已有上千年的歷史，其而利用的途徑主要有以下幾種： ①光熱轉換。這種途徑雖最古老，但發(fā)展的最成熟、普及性最廣、工業(yè)化程度很高。較高一些的也只有幾百攝氏度。 ②光電轉換。這是近幾十年才發(fā)明和發(fā)展起來的。 ③光化學轉換。它也是利用太陽能的一個途徑。近來報道不多。 ④光生物轉換。近來在這方面的研究有所增加，人們期盼出現(xiàn)突破性的進展。以南。 a(新的規(guī)定不再使用 kcal“千卡”這個單位，可選用 kJ 或 kw全國年日照小時數(shù)在 2020 h 以上。 h／ m2各個地區(qū)全年總輻射量的分布大體上在 930— 2330kW a之間。 我國光伏產業(yè)發(fā)展從 20 世紀 50年代開始研究，到 70 年代開展空間應用和地面應用，光伏產業(yè)初步形成實際上是從 20 世紀 50 年代中后期開始，并在 90年代以后才得到迅速發(fā)展。再加上西部的大開發(fā)，原油價格的上漲，中國能源戰(zhàn)略的調整，以及政府加大對可再生能源發(fā)展的支持的力度，所有的這些都為中國太陽能利用產業(yè)的發(fā)展帶 來極大的機會。隨著無錫尚德太陽能電力有限公司成功登陸納斯達克，國內掀起一股進軍光伏產業(yè)的熱潮。據中國太陽能學會秘書長孟憲淦介紹，我國是太陽能資源豐富的國家之一，我 國有荒漠面積 108 萬平方公里，大多分布在光照資源豐富的西部高原地區(qū)，一平方公里面積可安裝 100 兆瓦光伏陣列，每年能發(fā)電 億度?？磥?，在我國加快采用太陽能是有很好的基礎的。全國有 1000 多家太陽能熱水器生產企業(yè)，年總產值近 120 億元，已形成較完整的產業(yè)體系，從業(yè)人數(shù)達20多萬人。 國外太陽能利用現(xiàn)狀 從國際上看，世界各國從能源供應安全和清潔利用的角度出發(fā)，把太陽能的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展趨勢。歐盟、日本和美國把 2030 年以后能源供應安全的重點放在太陽能等可再生能源方面。據 SEIA 的統(tǒng)計， 2020 年美國太陽能光伏市場增長達 72%。日本政府于 2020 年年末宣布，要大力普及家庭太陽能發(fā)電，計劃到 2030 年使家庭采用太陽能發(fā)電的由現(xiàn)在的約 40萬戶擴大到 1400 萬戶，相當于日本全國家庭總數(shù)的約 30％，該項目標已列入日本的“能西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 6 源革新技術計劃”。據國際能源機構的統(tǒng)計， 2020 年包括企業(yè)在內，日本的太陽能發(fā)電容量為 171 萬千瓦。因此，日本政府提出將開發(fā)使能源效率比現(xiàn)在提高 12 倍的新型太陽能板，使發(fā)電成本大體上與火力發(fā)電相當，到 2030年其成本由現(xiàn)在的每千瓦 46日元降低到 7日元。德國是一個能源緊缺的國家，能源供應在很大程度上依賴進口。德國對可再生能源的利用通過立法、政府大量補貼等措施，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。根據太陽能協(xié)會 BSW 的數(shù)據，德國在 2020 年前 3年中，太陽能相關產品的產量增加了 5 倍 ，增速比其它國家平均水平高一倍。該發(fā)電廠擁有 1400 多個可移動太陽能吸熱發(fā)電板，這些發(fā)電板能夠隨著太陽的移動而自動旋轉，從而最大限度吸收太陽熱能。雖然目前太陽能占德國的能源供給不到 1％，但到 2020 年將超過 5%。比如美國的“光伏建筑計劃”、歐 洲的“百萬屋頂光伏計劃”、日本的“朝日計劃”以及我國已開展的“光明工程”等。目前，光伏發(fā)電已向德國普通家庭推廣。日本居民光伏屋頂系統(tǒng)最近 5 年平均年增長率為 %[912]。盡管相繼研究出一系列的太陽能設備，如西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 7 太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能電池等等，但對太陽能的利用還遠遠不夠，究其原因，主要是利用率不高。解決這一問題應從兩個方面入手，一是提高太陽能設備 的能量轉換率，二是提高設備的能量接收效率，前者屬于能量轉換領域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術則可解決。跟蹤指是太陽能利用裝置始終垂直于太陽輻射光線，即入射角度為零。 國內外研究現(xiàn)狀 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， 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 [8]。 1998 年美國加州成功的研究了 ATM 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的能量 ,使熱收率進一步提高； 研制了活動太陽能方位跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉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。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。這些太陽跟蹤托盤設計結構為全年每天根據太陽不同的位置跟蹤陽光 ,與通常固定的平面系統(tǒng)相比，這種托盤設計可以增加 35%的能源產出量。 中國早在 1958 年就開始了光伏電池的研究，于 1971 年首 次成功用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星上，并于 1973 年開始將光伏電池應用于地面，由于受到價格和產量的限制，市場發(fā)展緩慢。 2020 年，國家計委啟動“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計劃”，通過光伏和小型風力發(fā)電解決西部七省區(qū) 700 多個無電鄉(xiāng)的用電問題，光伏電池用量達到 。截止到 2020年底，中國太陽電池組件的生產能力己經達到 400Mwp， 當年產量達到 140Mwp，西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 8 絕大部分太陽電池組件出口歐洲， 2020年國內安裝量只有 5MWp， 2020年為 10Mwp，國內光伏電池累計使用量達到 80MWP?，F(xiàn)就這三種跟蹤方案做一個簡要的介紹和比較。視日運動軌跡跟蹤系統(tǒng)可分為單軸跟蹤和 雙軸跟蹤兩種。②焦線南北水平布置 ,東西跟蹤；③焦線東西水平布置 ,南北跟蹤。工作原理基本相似。如果能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽就可以獲得最多的太陽能，全跟蹤即雙軸跟蹤就是根據這樣的要求而設計的。在雙軸跟蹤中極軸式全跟蹤采用赤道坐標系，高 度角 — 方位角式全跟蹤采用地平坐標 光電跟蹤 目前，國內常用的光電跟蹤有重力式、電磁式和電動式，這些光電跟蹤裝置都使用光敏傳感器如硅光電管。光電跟蹤靈敏度高，結構設計較為方便；但受天氣的影響很大，如果在稍長時間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，太陽光線往往不能照到硅光電管上 ，導致跟蹤裝置無法對準太陽，甚至會引起執(zhí)行機構的誤動作 [12]。視日運動軌跡跟蹤在計算太陽角度的過程中會產生誤差，從而影響跟蹤精度，并且跟蹤裝置的機械執(zhí)行機構的精密程度也會影響到裝置的跟蹤精度。在視日運動軌跡跟