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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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黄河科技学院毕业设计（文献翻译） 第 14 页 毕业设计文献翻译 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 03 月 10 日 机电一体化14(2004)821834 一个带有速度估算和摩擦补偿的直接驱动机械手的精确低速运动控制 G. Liu a,*, A.A. Goldenberg b, Y. Zhang b 航空航天工程，Ryerson大学，维多利亚350号 多伦多，Ont.，加拿大M5B 2K3机器人学和自动化实验室，多伦多Kings学院路多伦多大学，多伦多，Ont.，加拿大M5S 3G8摘要除了方案鲁棒性和自适应性，一个机器人机械手的精确低速运动控制还需要精确的位置及速度测量和关节处的摩擦补偿。然而，精确的速度测量和摩擦补偿仍然是挑战性的研究任务，尤其对于十分缓慢的运动。在本文中，作者提出了一种简单而有效的方法就是从采样的增量式编码器脉冲序列中估计速度。然后把这个应用于在所提出的以分解为基础的摩擦补偿方法的实验调查中。直接驱动机械手的实验结果证明可以在存在显著的关节摩擦的前提下进行低速的精确运动控制。 2004年Elsevier有限公司版权所有 关键词： 精确的运动控制； 速度估算； 摩擦补偿；鲁棒的控制；以分解为基础的控制绪论直接驱动机械手的低速精确运动控制依赖于精确的位置及速度测量和关节处的摩擦补偿，还有控制配置的强大和自适应性。然而精确的速度测量与估算和摩擦补偿仍然是具有挑战性的研究课题，尤其对于十分缓慢的运动。在执行摩擦补偿时速度测量是至关重要的问题，不仅以模型为基础的摩擦前馈补偿需要摩擦补偿，而且在大多数的反馈补偿中也需要摩擦补偿。速度测量噪音当被反馈增量扩大时，能激励未减速的高阶动力。对于速度测量，发电机类的转数计和以编码器为基础进行速度测量的电子产品在商业上是可供使用的，但是因为噪音和低分辨率他们经常不能在低速下提供令人满意的输出。在文献中，人们提出从位置测量中估算速度的各种方法，其中最典型的是光学编码器的输出。最简单的速度估算方法是欧拉逼近，它通过区分最后两个采样位置的差值然后把它除以采样周期。当位置被精确采样时，诸如在我们的实验中使用了激光动态的校准器，欧拉逼近给出了最简单和最有效速度估算。然而，采用增量式编码器脉冲序列，采样位置因为采样和编码器的制作公差包含随机误差，它会导致在使用欧拉逼近时速度估算会出现大的偏差，尤其是在采样周期短和关节速度低的情况下。为了减少速度估算误差，一种有效的方法是在运用欧拉逼近之前向后追踪一些步骤以增加位置增量。在这种补救措施能稳定速度评估的同时，它也造成在评估速度时的时间延迟。为了平衡速度估算中的噪音水平和时间延迟向后的步数必须细心选择。在文献6中，人们通过使用一个每转有655，360个脉冲的编码器实验发现追踪三步对于频率为2500HZ的采样率是最好的。在文献 5 中，人们建议后向的步骤数应该被调整以使之可以适应各种速度，还有人为了速度评估提出了一段离散时间适应开窗口的方法。在文献 2 中速度估算建议在高斯分配位置取样误差的假设下使用卡尔曼过滤位置测量方法。在文献7 8中为了使用工厂的全动态方程人们还引出了一些非线性的观测量。最近，在文献9中报道了一种基于模糊逻辑的速度测量器，并有实验的检验结果。另一个低速运动控制中的关键问题是摩擦补偿，这是这几十年来在包括机器人机械手在内的机械系统运动控制中的一个重要的研究课题1。大多数在摩擦补偿上的研究工作被集中于两个主要的问题： 摩擦建模和控制合成。在文献 3 中提出了一种动态的态变数摩擦模型，而在文献 4,16 中发展了若干种基于这种态变数模型适应摩擦补偿的方法。在文献 10 中，一种以分解为基础的控制方法被应用于从在文献1提出的著名的摩擦模型中衍生出来的线性化参数的摩擦模型进而提出以分解为基础的摩擦补偿方法。在这摩擦补偿方案中，模拟不确定性摩擦已被划分成为参数的不确定性和非参数的不确定性。当一个鲁棒的补偿装置处理非参数的模拟的不确定性时，一个自适应控制器被设计弥补参数的摩擦模型不确定性。全面的控制器保证了系统误差的统一和根本的有界性。在文献 10 中报告计算机仿真时，实验的结果是不可用的。在计算机仿真中，关节的速度我们假定能精确测量。 在现在的工作中，有人提出了一种简单而有效的方法就是从采样的增量式编码器脉冲序列中估计速度。以增量式编码器采样数据的物理特征为基础，所提出的速度估算方法允许用户调节评估精度和时间延迟。为了评价所提出实验性的方法，我们使用了激光动态校准器来获得直接驱动机器人关节处的精确速度，这些然后被用作所提到的速度估算方法的参考。进而，把提出的速度评估方法应用于所提出的以分解为基础的摩擦补偿方法的实验中。在有显著的关节摩擦前提下使用一个光学增量式编码器的实验结果显示直接驱动机器手在低速下可以精确控制运动。本文其余的篇幅被组织如下： 第二部分描述所提出的速度评价方法。第三部分概述了所提出的以分解为基础的摩擦补偿方法。第四部分陈述了实验的装置和实验比较结果.第五部分是结论。2.速度评估 编码器和发动机的制造商通常会以说明书的形式提供每转的脉冲总数，N相应的编码器分辨率是 ，符合时。编码器的输出对于一个特定的编码器来说速度估算的特性受编码器分辨率的制约。最好的速度估算方法是将编码器的输出充分利用。同时，一种好的速度评价方法应该提供一种手段允许用户在精度和时间延迟之间调节折衷。对于一个分辨率为R的增量式编码器，位置q（t）通过采样周期T采样，而时间kT中的离散的采样位置设为如果编码器输出信号脉冲序列以稳定的周转速度被均匀的分发，与有关的位置误差可表达为对于一段时间和j k，和相应的位置片断 我们有因此鉴于在时间片断 上的平均速度；有式中使用抽样数据评估v，我们从式（5）有如果我们将速度评估分辨率定义为一旦编码器的分辨率R和采样周期T固定它将是一个常量式(6)将被重写为我们从式(8)中能看出平均速度评估的绝对准确度能随着向后的步骤数j的减少而增加。然而很有可能相对误差会比实践中的绝对精度更加让人关心。我们评估速度的相对准确度被定义为由于抽样的位置之间的区别能表达为在Sj是一个整数的地方，它的计算结果是编码器脉冲数介于和之间，从 式（9）中，我们有式( 11 )清楚地表明相对准确度rj能被步数sj限制。假定指定的相对准确度rj，相应的sj能被计算为 例如，为了把相对精确度限制在以内， a不得不向后追踪至少101个脉冲。 对于基于上述分析的评估速度，最后的步骤是确定符合编码器脉冲数sj的步数j。由于向后的步数j依赖于运动速度，更多编码器脉冲将高速产生。在低速下，为了得到相同的脉冲数不得不向后追踪更多步骤，一个简单的检索算法如下图。（1能等同数字j）。然而，应该注意当关节不动或以极限低的速度运动时，向后的步骤数j可能不被识别或者无穷大。为了解决这问题，我们建议对于j最大限度限制m。也就是 。 自然的，这约束同时也限制了相对精确度rj,例如一旦m被选定rj将不能任意小。 基于上述的分析，所提出的速度评价方法被总结如下：步骤1： 确定编码器分辨率R。步骤2： 规定最大相对准确度rj。步骤3： 计算满足式( 12 )的相应的脉冲数sj。步骤4： 选择最大的向后步骤数m.步骤5： 跟随图中的步骤，确定实时需要的满足( 10 )或被最大数m限制的向后步骤数j，然后计算速度评估。图1.速度评价过程。如下评论证实所提出的速度估算方法的适用性：评论1.所提出的速度评价方法考虑到相对估算准确度rj，还有相应在实时确定的向后步骤数，适应运动的自动加速。评论2.在实践中最大相对准确度rj和最大向后步骤数m可能被尝试误差调节以使取得最好的性能。评论3.在上述的分析中，增量式编码器脉冲序列假定被平均地分发。 在实践中，因为制造误差，实际的编码器分辨率 ，它等于一个较低的编码器分辨率。3.以分解为基础的摩擦补偿 从理论上讲，既然未减速的低速摩擦是明显有界的，那么一个鲁棒的控制器能弥补低速摩擦。然而，为了取得高精确度高的反馈是必要的，这总被包括未减速的高阶动力及传感器测量噪音在内的硬件问题限制。在实践中鲁棒控制设计的关键是取得带有最小反馈值的理想性能 12 。在文献 10 中，一种摩擦补偿方案被在文献 12 14 中发展的以分解为基础的控制设计方法所综合。以分解为基础的系统模型和控制方法的基本原理是在不同物理类型的不确定参数和变量之间加以区别，考虑每一个具体的物理特性时，为他们中每一个确定一个单独的补偿量。这种方法提倡用最合适和高效的方法处理每种类型中的不确定因素。包括比例积分微分，鲁棒，通用性，和以传感器为基础的控制方法。全面的控制器是在这些补偿量的协同和综合中产生的。在所提出的摩擦补偿方案中，都应用了自适应控制和鲁棒的控制技术，他们在处理模型不确定性时是相互补充的。既然现在工作的重点是摩擦补偿，我们用数学建模考虑一个单关节机械手：M代表惯性常量，分别代表加速，速度和位置。B指示粘性摩擦系数。 Fc代表干摩擦相关参数。 Fs代表静摩擦相关参数。Fs是相应Stribeck作用的一个正的参数。代表摩擦，和其它摩擦模拟误差的从属位置，而setT是激励输入。符号功能被定义为 动态模型被阐明包括干摩擦，静摩擦，Stribeck影响，位置从属和其它有界干扰。在这模型里，在文献 1 中讨论的摩擦的记忆和静摩擦增量假定可以忽略。为着重于摩擦补偿，惯性M假定精确已知。摩擦模拟参数，B； Fc，Fs，和没有精确已知，他们不一定是衡量。然而，他们名义价值被确定作为理线常量。 B，Fc，Fs，和的名义价值分别地指定为和。非参数的摩擦周期限定为是一个和位置和速度相关的已知常量。假定Fs和的名义价值接近他们的实际价值，我们在名义参数价值和下线性化Stribeck作用。 通过忽略高阶命令行，得到一个线性化的模型在更紧凑中形式中，式( 16 )可重写成式中同时，参数的模型不确定性P被定义为为了结合变量参数的模型不确定性补偿，P被分解为式中Pc是一个未知的常矢量，而Pv包含被限制如下的可变元素： 控制目标是综合特定的光滑理想轨线qd（t）进行精确追踪的一种控制方案。位置和速度的追踪误差被定义为进而，一个混合的追踪误差被定义为式中是位置常量 对于追踪命令轨线的控制任务，一种名义控制被定义为式中量a被定义为运用以分解为基础的控制设计方法，考虑了常量的不确定因素和的一个大的补偿量定义了一个自适应的补偿量。全面的控制法则被综合为式中补偿量和被定义如下式中k是稳态控制增量式中对于，和是正的控制参数 式中e是为了能取得较好的追踪结果而被调节的另一个正的控制参数。在 10 中已证明，追踪误差以被一致地限制在( 26)(29 )中定义的控制法则内，同时，可变参数的不确定性确定了追踪误差的上下限，不确定性参数的稳态部分也同样影响着非参数的不确定性和控制参量。4.实验 用一台取样时期为1ms的PC计算机控制一台直接驱动机械手来执行所提出的摩擦补偿和速度评价方法实验。实验装置如图2所示.机械手用装在每一关节处的直接驱动支流电机促动。实验目的，两个关节之一被固定，另一个被控制以各种各样的速度移动。马达的光学增量式编码器每转产生1,024,000个脉冲。4.1.速度的测量和估算 对于实验的评价，为了使估算生效确定所提出的速度估算方法的精度是很重要的，为了获得更高的精度一个有说服力的方法是引进一台高精度的客观的速度测量装置。为了这目的，一种激光动态校准器被集成到实验系统中。用定制的接口模块和实时软件，激光校准器提供位置增量的精确测量，这些同时也储存在实验的数据文件中。有了激光校准器的高精度位置测量，评价速度可以从编码器的输出信号中计算机械手关节处的角速度。在实验中，机械手关节被控制在以各种各样的速度移动。从增量式编码器和激光校准器中的读取位置，还有发动机驱动器中的电子微分器产生的速度信号，储存在数据文件中用MATLAB进行分析。图2.直接驱动机械手和激光动态校准器实验的结果显示所提出的速度估算方法是有效的。估算出的速度和从激光动态校准器中计算出的平均速度非常接近。正如所预料的，估算出的速度相对从激光校准器上测量的实际速度有一段时间延迟。高速时时间延迟短，低速时时间延迟长。在低速的时候电动机驱动器提供的速度没有使用所建议的速度估算方法获得的速度来的准确。在高速时速度评估的结果比的上从在1kHz取样率的电子微分器上得到的结果。图3是使用实验数据进行所提出方法的低速评估结果，和与在电动机驱动器中使用激光动态校准器和电子微分器测量的速度进行的比较。图4显示具体的相对精度是如何影响速度估算结果的，如果在估算中选择了较高的相对精度，将会有一段较大的时间延迟。4.2.摩擦补偿文献17中的系统模型参数的名义价值和不确定范围是从基于使用在文献18中提到的激光校准器和文献14中的类似程序得到的实验数据上估算出来的。估算的参数如表1所示。控制目标是取得关节摩擦规线的高精度位置追踪。理想的参考规线被选择为式中A是用来改变参考规线的常量。对于rad，参考位置和速度如图5所示。不确定性范围是在实验结果的基础上估算出来的。以分解为基础的摩擦补偿方法能直观的调节以取得最好的追踪结果。控制参数，包括相对速度估算准确度rj，被尝试着调节以使在机械手没有出现大的震动时取得最好的追踪结果。表2中列出了主要控制参数。图6是以分解为基础摩擦补偿方法的位置追踪结果，图7是速度估算。从图7中我们可以发现当机器人关节反转时，实际的速度接近零，因为最大向后步骤数的限制速度估算将会带来较大的误差。因此位置的追踪误差也会随之增加。图7中出现的速度峰值时产生的相对较大速度估算噪音是图6中出现的相对较大位置估算噪音的直接结果。结合所提出的速度估算方法和摩擦补偿方案机械手已经可以完成精确运动控制。在实验期间，人们发现速度估算对追踪性能有重要的影响。高的反馈扩大了速度测量噪音从而刺激未减速的高阶动力。本文提出的速度估算方法允许较高的反馈，这反倒导致更精确的追踪。对于如表2所列的同样设置的控制参数，如果电子微分器输出或者简单的欧拉图3.速度评价结果低速运动。逼近用于速度测量，机械手将会产生严重的振动。为了不激发高阶动力，我们不得不减少控制增量，而且追踪误差也会增加。 图4。各种相对精确度规格下的速度评估结果图5.控制的位置( a )和速度( b )。图6. 位置追踪误差 图7.评估速度。表1名义模型参数表2控制参数5.结论 速度估算是直接驱动机械手精确低速运动控制中的一个关键的因素。速度估算的稳定性和准确性对关节处的摩擦补偿和控制方案的效能有重要的影响。在本文中，提出了一中从抽样的增量式编码器脉冲序列中估算速度的简单而有效的方法，然后把这个应用于一种所提出的以分解为基础摩擦补偿方法的实验调查中。直接驱动机械手的实验结果证明可以在存在显著的关节摩擦的前提下进行低速的精确运动控制。鸣谢这项研究得到国家科学部门和加拿大工程研究理事会的支持。参考文献1 Armstrong-Helouvry B, Dupont P, Canudas de Wit C. A survey of models, analysis tools andcompensation methods for the control of machines with friction. Automatica 1994;30(7):1083138.2 Belanger PR. Estimation of angular velocity and acceleration from shaft encode measurements. In:Proceedings of the 1992 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Nice, France,1992. p. 58592.3 Canudas de Wit C. A new model for control of systems with friction. IEEE Trans Automat Control1995;40(3):41925.4 Feemster M, Vedagarbha P, Dawson DM, Haste D. Adaptive Control techniques for frictioncompensation. Mechatronics 1999;2:12545.5 Janabi-Sharifi F, Hayward V, Chen CJ. Discrete-time adaptive windowing for velocity estimation.IEEE Trans Control Syst Technol 2000;8(6):10039.6 Jaritz A, Spong MW. An experimental comparison of robust control algorithms on a direct drivemanipulator. IEEE Trans Control Syst Technol 1996;4(6):62740.7 Kaneko K, Horowitz R. Repetitive and adaptive control of robot manipulators with velocityestimation. 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Uncertainty decomposition-based robust control of robot manipulators.IEEE Trans Control Syst Technol 1996;4(4):38493.15 Martinez-Guerra R, Poznyak A, Gortcheva E, Diaz de Leon V. Robot angular link velocityestimation in the presence of high-level mixed uncertainties. IEE Proc Control Theory Appl2000;147(5):51522.16 Popovic MR, Goldenberg AA, Shimoga KB, Hui RC. Model-based compensation of friction indirect-drive robotic arms. Stud Inform Control 1994;3(1):7586.17 Xu L, Yao B. Adaptive robust control of mechanical systems with nonlinear dynamic frictioncompensation. In: Proceedings of American Control Conference 2000. p. 259599.18 Zhang Y. Investigation of friction compensation and precise motion control. M.A.Sc. dissertation,University of Toronto, 2002.19 Zhang Y, Liu G, Goldenberg AA. Experimental comparison of friction compensation methods usingestimated velocity. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation, Washington,DC, 2002. p. 26505.黄河科技学院本科毕业设计（论文）任务书 工 学院 机械 系 机械设计制造与自动化 专业 2008 级 机电3班 学生 学号 指导教师 毕业设计（论文）题目 二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双摇杆式） 毕业设计（论文）工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页）一、工作内容： 主要是能够实现二维跟踪的跟踪系统整体的结构设计。以方案设计和关键零部件设计为主线，以传动件承载能力校核为训练手段，以经济适用、造型美观、节能先进为目标。本题目源于科研，是结构设计与理论计算相结合的综合性题目。 1. 外文翻译资料一份；2. 调研报告及开题报告；3. 结构方案确定；4. 控制方案及传感器确定；5. 主要零部件设计计算；6. 总装图设计；7. 零、部件图设计；8. 设计计算说明书编制。 二、主要技术参数、指标 以经济适用、造型美观、节能先进为目标。光伏电池板功率：1Kw；光电转化率20；光伏电池板与太阳光线的垂直度80。 三、主要参考文献： 机械原理，机械设计，机械设计手册，光伏发电知识，网络。 四、时间安排：1-4 周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案设计5-10 周 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书10-12 周 修改论文、资格审查等13 周 毕业答辩毕业设计（论文）时间： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日计 划 答 辩 时 间： 2012 年 5 月 19 日专业（教研室）审批意见：审批人签名：黄河科技学院毕业设计（论文）开题报告表课题名称二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双要摇杆式）课题来源教师拟订课题类型毕业设计指导教师学生姓名专 业机械设计制造及其自动化学 号一、调研资料的准备根据任务书的要求，在做本课题前，查阅了与课题相关的资料有：机械设计、机械制图、机械制造工艺学、双摇杆机构、太阳能等以及与设计相关的手册。二、设计的目的与要求 本毕业设计课题的主要目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和专业基本技能分析和解决实际问题，训练初步工程设计的能力。根据机械设计、制造及其自动化专业的特点，着重地培养以下几方面能力：1调查研究、中外文献检索、阅读与翻译的能力；2综合运用基础理论、专业理论和知识分析解决实际问题的能力；3查阅和使用专业设计手册的能力；4设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机进行绘图的能力；5撰写设计说明书（论文）的能力。 三、设计的思路与预期成果 1、设计思路设计太阳能产业生产二维跟踪装置大体上可分为两个阶段： 1.1、系统分析阶段 1、根据系统的目标，明确所采用二维跟踪装置的目的和任务。 2、分析二维跟踪装置所在系统的工作环境。 3、根据二维跟踪装置的工作要求，确定太阳能产业生产二维跟踪装置的基本功能和方案。如二维跟踪装置的自由度、所能承载的重量、容许的运动范围、以及对温度等环境的适应性。 1.2、技术设计阶段 1、根据系统的要求选择二维跟踪装置的结构形式 2、拟订二维跟踪装置的作业方式。3、确定驱动系统的类型。 4、计算动力元件的功率及校核受力件的承载能力。 5、选择个部件的具体集体够，进行二维跟踪装置总装图的设计。 6、绘制二维跟踪装置的零件图，并确定尺寸。2、预期的成果（1）完成文献综述一篇，不少与3000字，与专业相关的英文翻译一篇，不少于3000字 （2）完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份（3）绘制装配图，部分零件图（4）刻录包含本次设计的所有内容的光盘一张四、任务完成的阶段内容及时间安排 1周2周 收集设计资料并完成开题报告 3周4周 完成英文资料翻译并写出文献综述 5周6周 进行总体设计和部分零部件的选择与设计 7周10周 绘制装配图和部分零件图、编写毕业设计说明书 11周 修改整理，准备答辩五、完成设计（论文）所具备的条件因素 本人已修完机械设计、机械制图、机械设计、机械原理、理论力学、材料力学与毕业设计指导等课程，借助图书馆的相关文献资料，以及相关的网络等资源。指导教师签名： 日期： 课题来源：（1）教师拟订；（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供课题类型：（1）A工程设计（艺术设计）；B技术开发；C软件工程；D理论研究；E调研报告 （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。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C
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