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二维跟踪太阳光伏发电装置设计(双摇杆式)
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摇杆
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黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 8 页 毕业设计文献综述 院(系)名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名毕凯 指导教师李安生2012年 04月 10 日二维跟踪太阳光伏发电装置设计(双摇杆式)摘要:在太阳能产业上,二维跟踪装置有着独到的作用,本文主要针对太阳能产业太阳能电池板的太阳能追踪设计了二维跟踪装置,实现跟踪的自动化。增加了太阳能利用率。 该太阳能产业生产二维跟踪装置实现了自动追踪、复位等功能并实现了高效率太阳能转化的目的。为了现实这些动作,采用部件设计,分别实现这些动作。控制系统把各个部件的独立运动协调起来,形成了一个有规则运动系统。各个部件的联接,先造出一个合格的机械本体,把各个部件安装在机械本体上,形成一个机器。关键词: 太阳能;接近开关;步进电机。前言太阳能(Solar Energy),一般是指太阳光的辐射能量,在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下,才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等。太阳能能源是来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外,水能、风能、等也都是由太阳能转换来的。 地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。 原子核反应有关的能源正是核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量,称为原子核能,简称核能,俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源,以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外,还可以用作其它类型的动力源、热源等。 全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨,而实际可用的只是浅海区那一部分,每年约可折合为6000万吨煤。 太阳能利用基本方式可以分为如下4大类。 太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量,太阳能是人类能源的宝库,如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。太阳能的利用 间接利用太阳能:化石能源(光能-化学能)生物质能(光能-化学能) 直接利用太阳能:集热器(有平板型集热器、聚光式集热器)(光能-内能)太阳能电池:(光能-电能)一般应用在人造卫星、宇宙飞船、打火机、手表等方面。 中材联建建材技术研究中心是中国民用太阳能发电的首家科研单位,该单位已经掌握了太阳能发电的核心技术,爱迪阳光万用太阳能是其最新研发的节能型产品。据有关部门统计表面,太阳能的利用还不是很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨 道上的平均太阳辐射强度为1369w/。地球赤道的周长为40000km,从而可计算出,地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2,地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/,相当于有102000TW 的能量,人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外),虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤,每秒照射到地球的能量则为49940000000焦。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。 太阳能分类太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋提供照明,并入电网供电。光伏板 组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电能。近年,天台及建筑物表面均可使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 据调研显示由于产能过剩导致全球5大制造商利润缩水,2012年光伏组件安装量将有所减少,这是10余年来首次出现下降。据彭博6位分析师的平均预测全球家庭与商业机构将安装24.8GW的光伏组件。这相当于约20座核反应堆的发电量,但与去年新增27.7GW的光伏装机量相比下降10%。据彭博新能源财经估计,自1999年以来年均安装量已增长61%。 据彭博新能源财经预计,今年光伏组件产能将跃居38GW,比需求量平均预测高出53个百分点。这家位于伦敦的研究机构预计今年安装量将下滑至24.6GW。 产能过剩使最大的光伏制造商拥有高达30%利润率的日子消失殆尽。天合光能2月23日表示其2011年四季度毛利率为7.1%,较一年前下跌31%。尚德也表示其四季度毛利率已从17%跌至9.9%。 今年中国光伏装机量有望实现翻番,并消化富余产量。尚德与天合光能1月表示,今年中国将新增4至5GW的装机量,而2011年为2.2GW。 中国第三大组件制造商天合光能预计今年出货量将增至2.1GW,涨幅达39%。英利绿色能源控股有限公司预计今年出货量将高达2.5GW,较2011年增长56%。尚德电力昨日表示,出货量可能将达到2.5GW,涨幅达19%。 太阳热能现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。1.太阳能光伏发电技术的发展前景光伏电池是太阳能光伏发电系统中基本核心部件,它的大规模应用需要解决两大难题:一是提高光电转换效率;二是降低生产成本。以硅片为基础的第一代光伏电池,其技术虽已经发展成熟,但高昂的材料成本在全部生产成本中占据主导地位,不仅消耗了过多硅材料,而且制作全过程中要消耗很多能源。基于薄膜技术的第二代光伏电池中,很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上,大大减少了半导体材料的消耗,并且易于形成批量自动化生产,从而大大降低了光伏电池的成本。国际上已经开发出电池效率在15 以上、组件效率10 以上和系统效率8 以上、使用寿命超过15年的薄膜电池工业化产技术6J。第三代高转换效率的薄膜光伏电池通过减少非光能耗,增加光子有效利用以及减少光伏电池内阻,使得光伏转换效率的上限有望获得新的提升7J。另外,多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池的材料成本低,是世界各国竞相开发的重点。目前它的研究热点包括:开发多晶硅生产技术,开发快速掺杂和表面处理技术,提高硅片质量,研究连续和快速的布线工艺,多晶硅电池表面织构化技术和薄片化,高效率电池工艺技术等。非晶硅电池仍处在发展之中,每年的新增产量在1OMW 以上。化合物太阳电池(如铜铟镓硒等)正以其转换效率高、成本低、弱光性好及寿命长等优点成为新一代光伏电池的发展方向。全球太阳电池年产量正在迅速增长,2004年的增长率超过60,根据最近发表的统计数字,2005年的增长率为44,太阳电池年产量达到1656MW。其中日本的产量仍为世界第一,占世界总产量46,欧洲占世界总产量28。2005年全球安装太阳电池组件1460MW,比前一年增长了34。其中德国安装了838MW,比前一年增长了53, 占世界安装量的57;日本安装了292MW,比前一年增长了14。到2005年年末,全球累计安装太阳电池组件容量比前一年增长了39,达到了5GW。2005年兴建新的太阳电池制造厂的投资超过了10亿美元目前世界太阳电池生产量仍旧是日本第一,推广应用太阳能光伏发电系统却是德国领先。日本新能源和工业技术发展组织(NEDO)在2004年6月发表的“面向2030年光伏路线图的概述” 中提出: 到2030年累计安装太阳电池组件容量要达到1 000GW,届时日本所有住宅所消费的电力中将有50 由太阳能光伏发电提供,大约占全部电力供应的10。2002年5月欧洲光伏工业协会发表的报告“工业需要及路线图”预计:2010年前太阳能发电市场平均年增长率为27,2010年2020年间增长率为34,2020年2040年间增长率为15。在2010年太阳能发电提供的电力将占总发电量的1,到2040年将占总发电量的26。到2020年,太阳电池组件的年产量将达到54GW ,销售额为750亿美元,发电量为276TW h,将为10亿人口提供电力。太阳能发电产业从业人员将达到230万人。每年太阳能发电减少CO排放量16亿t。1999年以前,美国的太阳能光伏发电研究和开发一直处于世界领先地位,后来由于种种原因,太阳电池组件的产量落到了日本和欧洲的后面。美国在2004年9月发表了“我们太阳电力的未来:2030年及更久远的美国光伏工业路线图”,对此进行了分析,提出要恢复美国在光伏市场的领导地位。为此要采取税收优惠、提高上网电价、增加政府及当地投入以及在2010年以前每年投入25亿美元用于研发等措施,并提出以下目标:在2025年新增加发电容量的一半由太阳能发电提供。2003年美国安装的太阳电池组件容量不04GW,预计在2010年前,美国的增长率为3038。以后发展到成熟期,20102020年间年增长率为26 ,到2020年累计安装太阳电池组件容量36Gw,每年安装72GW,到2030年累计安装太阳电池组件容量将达到200GW,以后每年安装19GW。2030年美国太阳能发电量将为3600亿kW h,足够3400万户家庭使用,届时太阳能电力将成为重要的电力来源。2015年太阳能发电系统的销售价格将为368美元W。2.双摇杆机构的应用在太阳能产业上,二维跟踪装置有着独到的作用,本文主要针对太阳能产业太阳能电池板的太阳能追踪设计了二维跟踪装置,实现跟踪的自动化。增加了太阳能利用率。 该太阳能产业生产二维跟踪装置实现了自动追踪、复位等功能并实现了高效率太阳能转化的目的。为了现实这些动作,采用部件设计,分别实现这些动作。控制系统把各个部件的独立运动协调起来,形成了一个有规则运动系统。各个部件的联接,先造出一个合格的机械本体,把各个部件安装在机械本体上,形成一个机器。项目分析方案如下:由于设计目标是太阳能光线垂直度大于80% ,也就是说天阳能电池板极限位置和太阳能光线角度大于72电池板面积确定:按100W板1.33*0.55的尺寸 1KW=7.315平方米按200W板1.58*0.80的尺寸1KW=6.3832平方米。这个还是跟天气相关的,下表为郑州气候情况:降雨日平均每月5天,降雨率为16%,平均日照强度为150Wm2(瓦每平方米)本设计中选用8平方米综合考量跟踪装置后设计面板尺寸为2米*4米双摇杆尺寸为2.5米,摆杆支点距离为4.5米,模拟发现极限位置与太阳能光线夹角为77,大于设计要求的72,故方案可行。方案图形如下: 图1、机构方案具体机构如下:图2、具体机构设计参考文献1M Shahidehpour,F SchwartzDont let the sun down on PVIEEE Power&Energy Magazine,2004 (56):40482赵争鸣,刘建政,孙晓英,等 太阳能光伏发电及其应用M北京:科学出版社,20053陈昆仑 光伏水泵系统中的最大功率点跟踪控制策略及实现D】北京:清华大学,20014吴理博太阳能光伏发电并网逆变系统的研究D北京:清华大学,2006 5刘飞,段善旭,等光伏并网发电系统若干技术问题的研究J太阳能,2006 (4):34376】傀萌,M K Leung,K Sumathy太阳能电池研究的新进展J可再生能源,2004,l14 (2):9 l17】黄宝圣太阳能电池的新进展J化学教育,2002 (78):798 陈维,沈辉,等光伏发电系统中逆变器技术应用及展望J电力电子技术,2006,40
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