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黄河科技学院毕业设计 说明书 第 - I - 页 二维 跟踪太阳光伏发电装置设计 （曲柄摇杆式） 摘要 ： 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳光线自 动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。 第一，机械部分设计： 机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进 电机 8带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机 4带动 丝杆 ， 丝杆 带动 可动螺母 和太阳能板实现垂直方向转动， 通过步进电机 8、步进电机 4的共同工作实现对太阳的跟踪。 第二，控制部分设计： 主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时，通过运放比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电 池板对太阳的跟踪。 关键词 : 太阳能 ； 跟踪 ； 光敏电阻； 单片机 ； 步进电机 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 - 页 da Li an is by as As a of of of it as of so of of is In to to up it of In of is so s a by to is by in to to At is by to by in to to is by is so is to in of at is CU in to 河科技学院毕业设计 说明书 第 - 1 - 页 目录 1 绪论 . 1 题来源 . 1 题背景 . 1 源现状及发展 . 1 国太阳能资源 . 1 前太阳能 的开发和利用 . 1 阳能的特点 . 1 题研究的目的 . 2 究课题的意义 . 2 环保能源 . 2 高太阳能的利用率 . 3 阳能利用的国内外发展现状 . 3 阳追踪系统的国内外研究现状 . 4 文的研究内容 . 5 文结构 . 5 2 太阳能自动跟踪系统总体设计 . 6 . 6 踪方案的比较选择 . 7 设计的跟踪方案 . 7 3 机械设计部分 . 8 阳能自动跟踪系统机械设计方案 . 8 池板的选择及布局分析 . 8 阳能电池板的发展及种类 . 8 池板的参数和选择 . 10 阳能电池板的布局和分析 . 11 池板的参数分析 . 11 框及其固定结构设计 . 11 动机的选择 . 12 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 - 2 - 页 动机功率的确定 . 12 定电动机的转速 . 13 轮转动计算 . 14 料选择 . 14 寸计算 . 14 核计算 . 14 根弯曲疲劳强度 验算 . 16 杆螺母转动计算 . 17 料选择 . 17 寸计算 . 17 联接计算 . 18 轴与大齿轮的键联接 . 18 轴与齿圈的键联接 . 19 进电机 1 输出轴与小齿轮 1 的联接 . 19 进电机 2 输出轴与小齿轮 2 的联接 . 19 风性分析 . 19 座上螺钉校核 . 19 4 自动跟踪系统设计 . 21 统总体结构 . 21 电转换器 . 21 电转换电路 . 21 片机及其外围电路 . 22 片机 . 22 围电路 . 24 动电路 . 25 动电路 . 25 统的实现 . 26 敏电阻光强比较法 . 26 敏电阻光强比较法的工作过程 . 27 统的流程图 . 28 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 - 3 - 页 5 结论 . 30 论 . 30 望 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 1 页 1 绪论 题来源 模拟生产实际 课题 :太阳能自动跟踪系统设计。 题背景 源现状及发展 传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有 20 亿人得不到正常的能源供应。 于是 ，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的 能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦，假如把地球表面 太阳能转为电能，转变率 5%，每年发电量可达 012 千瓦小时，相当于世界上能耗的 40 倍 ，而且 太阳能发电的实施对环境不会造成任何的污染，是最理想的新型 能源 。 国太阳能资源 中国 太阳能资源 非常丰富，理论储量达每年 17000亿吨标 准煤。太阳能 资源开发利用的潜力非常广阔。中国地处 北半球 ，南北距离和东西距离都在 5000 公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米 4千瓦时以上， 西藏 日辐射量最高达每平米 7 千瓦时。年 日照时数 大于 2000 小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。 前太阳能的开发和利用 人类直接利用太阳能有三大技术领域 4，即光热转换、光电转换和光化学转换，此外，还有储能技术。 太阳光热转换技术的产 品很多，如热水器、开水器、干燥器、采暖和制冷，温室与太阳房，太阳灶和高温炉，海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。 阳能的特点 太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大优点 5： 黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 2 页 第一，它是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的 11 亿年中，太阳消耗了它本身能量的 2%，可以说是取之不尽，用之不竭。 第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。 第三，太阳能是一种洁净的能 源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。 太阳能的利用有它的缺点： 第一，能流密度较低，日照较好的，地面上 1平方米的面积所接受的能量只有 1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。 第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。 题研究的目的 本课题研究一种基于光电传感器的太阳光线自动跟踪装置，该装置能自动跟踪太阳光线的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备 的能量利用率。 究课题的意义 环保能源 长期以来 6，世界能源主要依靠石油和煤炭等矿物燃料，而这些矿物作为一次性不可再生资源，储量有限，而且燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地球气温升高，生态环境恶化。据国际能源机构预测，人类正面临矿物燃料枯竭的严重威胁。这种全球性的能源危机，迫使各国政府投入大量的人力和财力，研究和开发新能源，如太阳能等。 能源危机，环境保护成为当今世界关注的热点问题。据联合国环境规划署资料 7，目前矿物燃料提供了世界商业能源的 95%，且其使用在世界范围内以每 10年 20%的速度增长。这些燃料的燃烧构成改变气候的温室气体的最大排放源，按照可持续发展的目标模式，决不能单靠消耗矿物原料来维持日益增长的能源需求。因此越来越多的国家都在致力于对可再生能源的深度开发和广泛利用。其中具有独特优势的太阳能开发前景广阔。日本经济企划厅和三泽公司合作研究认为，到 2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。 基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 3 页 严重问题，本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率，而进行太阳追踪系统的开发研究，这对我们面临的能 源问题有重大的意义。同时太阳能又是一种无污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义 8。 高太阳能的利用率 太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源 9，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。尽管相继研究出一系列的太阳能装置如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等等，但太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热点。解决这一问题应从两个方面入手 10，一是提高太 阳能装置的能量转换率，二是提高太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术则可解决。太阳跟踪系统为解决这一问题提供了可能。不管哪种太阳能利用设备，如果它的集热装置能始终保持与太阳光垂直，并且收集更多方向上的太阳光，那么，它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。但是太阳每时每刻都是在运动着，集热装置若想收集更多方向上的太阳光，那就必须要跟踪太阳。香港大学建筑系的教授研究了太阳光照角度与太阳能接收率的关系，理论分析表明 11:太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差 精确 的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，拓宽了太阳能的利用领域。 阳能利用的国内外发展现状 日本是世界上太阳能开发利用第一大国，也是太阳能应用技术强国。日本太阳热能的利用， 12从 1979年第二次石油危机后开始， 1990 年进入普及高峰。太阳能技术日益创新，能量转换率不断提高，成本也是新能源中最低的。日本将太阳能的利用分为太阳光能和热能两种。太阳光能发电，是利用半导体硅等将光转化为电能。从 2000 年起，日本太阳能发电量一直居世界首位， 2003 年太阳能发电装机容量约 为 86 万千瓦，占世界太阳能发电装机容量的 并计划到 2010年达到 482 万千瓦，增加约 6倍。 德国对太阳能资源的利用可追溯到 20世纪 70年代，现在德国已经在太阳能系统的开发、生产、规划和安装等方面积累了大量经验，发明了一系列高效的太阳能系统。 1990年德国政府推出了“一千屋顶计划” 13，至 1997 年已完成近万套屋顶系统，每套容量 15 千瓦，累计安装量已达 千瓦。根据德国联邦太阳能经济协会的数字，在过去的几黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 4 页 年中，德国太阳能相关产品的产量增加了 5倍，增速比其他国家平均水平高出一倍。另据德新社 报道，全球最大的太阳能发电厂已在德国南部巴伐利亚州正式投入运营。这家太阳能发电厂投资 7000万欧元，占地 77万平方米，发电总容量达 12兆瓦，能为 3500多个家庭供电。截至 2005 年年底，德国共有 670 万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器，每年可生产 4700 兆瓦的热量。已用 4%的德国家庭利用了清洁环保、用之不竭的太阳能，估计每年可节约 目前，美国太阳能光伏发电已经形成了从多晶硅材料提纯、光伏电池生产到发电系统制造比较完备的生产体系。 2005年，美国光伏发电总容量达到 100万千瓦，排在日本和德国 之后，居世界第 3位。为了降低太阳能光伏发电系统的生产成本，美国政府最近制定了阳光计划，大幅度增加了光伏发电的财政投入，加快多晶硅和薄膜半导体材料的研发，提高太阳能光伏电池的光电转化效率。目前，美国正在新建几座新的太阳能电站。预计到 2015年，美国光伏发电成本将从现在的 21 40 美分 /千瓦时降到 6 美分 /千瓦时，届时，太阳能光伏发电技术的竞争力将会大大增强。太阳能在能源发展中占有相当的优势，据美国博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，到 2050 年后，核能将占第一位，太阳能占第二位， 21世纪末，太阳能将取代核 能占第一位，很多国家对太阳能的利用加强了重视 14。 意大利 1998年开始实行“全国太阳能屋顶计划”，将于 2002年完成，总投入 5500亿里拉，总容量达 5 万千瓦。印度也于 1997 年 12 月宣布，将在 2002 年前推广 150 万套太阳能屋顶系统。法国已经批准了代号为“太阳神 2006”的太阳能利用计划，按照该计划，每年将投入 3000万法郎资金，到 2006年，法国每年安装太阳能热水器的用户达 2万家。 我国由建设部制定的建筑节能“九五”计划和 2010 年规则中已将太阳能热水系统列入成果推广项目。目前我国太阳能热水器的 推广普及十分迅速 15， 1997 年销售面积近 300万平方米，数量居世界首位。全国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装的企业达 1000 余家，年产值 20 亿元。根据我国 1996 2020 年太阳能光电 伏发电）发展计划，在 2000 年和 2020 年的太阳能光电总容量将分别达到 千瓦和 30 万千瓦。在联网阳光电站建设方面，计划 2020 年前建成 5 座 阳光电站。由国家投资 1700 万元修建的西藏第三座太阳能电站 安多光伏电站，总装机容量 100 千瓦，于 1998 年 12月建成发电。这也是世界海拔最高、中国装机容量 最大的太阳能电站。总之，大力发展太阳能利用技术，使节约能源和保护环境的重要途径。 黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 5 页 阳追踪系统的国内外研究现状 在太阳能跟踪方面，我国在 1997 年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接收效率提高了。 1998年美国加州成功的研究了 轴跟踪器 16，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。 2002年 2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构 紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究， 1992 年推出了太阳灶自动跟踪系统， 1994 年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。 目前 17，太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方式：一种是光电追踪方式，另一种是根据视日运动轨迹追踪；前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。 文的研究内容 本文所介绍的太阳跟踪装置采用了光电追踪方式，可实现大范围、高精度跟踪。论文的主要工作包括 : (l)分析太阳运行规律， 比较国内外主要的几种跟踪方案，提出合理的跟踪策略 。 (2) 机械部分 是实现追踪目的的关键，主要是机械设计和计算，装配图及其零件图。 (3)分析传感器工作原理，分析该传感器大范围、高精度跟踪的可行性，还要设计光电转换电路。 (4)选取控制芯片，分析系统的硬件需求，设计控制系统。 (5)设计控制方案，及驱动电路。 文结构 第一章 ,绪论主要阐述了课题的研究背景、目的及意义，以及国内外太阳能的利用现状、太阳追踪方式的发展现状。 第二章 ,主要是对太阳自动追踪系统进行了总体设计，确定了系统的追踪方式。 第三章 ,太阳自动追踪系统机械设计部分，主要是机械设计和计算，装配图及其零件图。 第四章 ,自动跟踪系统总体结构 ,光电转换器 ,单片机及其外围电路 ,步进电动机以及黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 6 页 驱动电路。 第五章 , 课题总结及展望。 黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 7 页 2 太阳能自动跟踪系统总体设计 课题的机械设计方案 图 2机构结构：马达固定在支架上，马达 8的输出轴连接 小齿轮 ， 小齿轮 与 大齿轮 5啮合 。黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 8 页 把齿轮连接着主轴上，主轴安装在 地板 上 (主轴相对于 地板 可以转动 )，马达 4安装在 底部支架 的一块板上，马达 4 的输出轴连接 丝杆 2， 丝杆 2 与 可动螺母配 合， 是摇杆 3 可以有一定的移动量。 机构实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏离时。控制部分发出控制信号驱动马达1 带动小齿轮 1 转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动；同时控制信号驱动马达 2 带动小齿轮 2。小齿轮 2 带动齿圈和太阳能板转动，通过马达 1、马达 2 的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。 上图为其效果图。 踪方案的比较选择 目前国内外采用的跟踪太阳的方法有很多，但不外乎三种方式 22: (1)视日运动轨迹跟踪； (2)光电跟踪； (3)视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。 设计的跟踪方 案 光敏电阻光强比较法。 本设计的光敏器件选为光敏电阻。利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。 黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 9 页 3 机械设计部分 阳能自动跟踪系统机械设计方案 图 3方案 机构结构：步进电机 8固定在 地板支架 上，步进电机 8的输出轴连接小齿轮，小齿轮与大齿轮 5啮合。齿轮连接着主轴上，主轴安装在 地板 上 (主轴相对于 地板 可以转动 )，步进电机 4 安装在 底部支架 ，步进电机 4 的输出轴连接 丝杆 2， 丝杆 2 与 可动螺母 啮合， 可动螺母 连接着 摇杆 3。 机构实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏离时。控制部分发出控制信号驱动马达1 带动小齿轮 1 转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动；同时控制信号驱动马达 2 带动小齿轮 2。小齿轮 2 带动齿圈和太阳能板转动，通过马达 1、马达 2 的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪 。 池板的选择及布局分析 阳能电池板的发展及种类 太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做 “ 光生伏打效应 ” ，因此太阳能电池又称为 “ 光伏电池 ” ，用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 10 页 原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有 4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自 由电子，并在原来的位置上留下一个 “ 空穴 ” ，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号 果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号 把这两种半导体结合，交界面便形成一个 P 阳能电池的奥妙就在这个 “ 结 ”上， P 碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光能，向 时空穴向 样，在 P N 结 两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的 “ 光生伏特效应 ” 。如果这时分别在 型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。 （ 1） 单晶硅 太阳能电池 单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15%左右，最高的达到 24，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达 15年，最高可达 25年。 （ 2）多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池 的制作工艺与 单晶硅太阳电池 差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约 12左右 (2004 年 7 月 1 日 日本 夏普上市效率为 世界最高效率多晶硅太阳能电池 )。 从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因 此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 （ 3） 非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳电池 是 1976 年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不 同，工艺过程大大简化， 硅材料 消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为 10左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。 黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 11 页 （ 4）多元化合物太阳电池 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种： a) 硫化 镉太阳能电池 b) 砷化镓太阳能电池 c) 铜铟硒太阳能电池 (新型多元带隙梯度 n, 池板的参数 和选择 根据以上太阳能的介绍和比较，并综合网上各厂家的发布的信息，以及所产的太阳能电池板的性能参数，我选择有由三门峡华豫新能源科技有限公司提供的 列的电池板，其参数如下： 根据设计的要求时期能用较长的时间，并能够达 到较高的使用效率，并根据市场和厂家的查阅，我选择使用由三门峡华豫新能源科技有限公司的产品。其市场报价相对较低，并且其产品 峰瓦到 260峰瓦的多种规格系列，从而满足客户的各种需求。 晶硅太阳能电池板产品通过了 2000）质量体系认证，同时也通过了国际权威认证机构的 认证。符合国际电气和防火规范，从而确黄河科技学院 毕业设计 (论文 ) 第 12 页 保了产品在世界各地的安全可靠运行。根据布局设计我选择了该公司的 款太阳能电池作为我所用的电 池板。 阳能电池板的布局和分析 池板的参数分析 列的技术参数有上表可得，其功率 120W 基本尺寸 1470*680*35量为 12据设计要求，需满足输出功率为 1右 的发电装置，则有 1000/120=有其设计需要，可设定需要 9 块电池板，满足其输出功率的要求。其总的功率为120 9=1080W,总的重量为 M 板 9*12=108布局的分 采用 3 3 分布，并且布局于一个整体大平板之上。 框及其固定结构设计 电池板需要一定的支撑和边框，其中涉及到材料的选择和其与电池板的配合问题。电池板之间通过高标准的焊接工艺要求，焊接在一起，需放在有一定的支撑上面，保证其稳定性。首先，次出设计要求没有固定的特殊要求，所以我初步选定用 45 钢或铝合金材料来做为材料来源。因为这两种材料应用比较广泛，相对来说购买方便，并且其性能都能满足需求。其次，是这两种材料无需太过复杂加工，其型号和产品的种类较多，可以很好的满足需求。 45钢是优质的碳素钢，有很好的热加工性能，经热处理后可满 足各种条件下的用途。其结构有易切削加工的特点和其价格相对较低，因此在工业领域得到广泛的应用。而铝合金做为一种综合性能较高的材料，具有一定的强度和硬度，可加工性能较好，另外还有较好的抗氧化、腐蚀和防锈的特点，并且因其质轻和外观美观大方而备受大众的青睐。首先考虑到，该设计为太阳能发电装置，要求其用到的条件相对恶劣。这样来说选择铝合金材料相对较好。其次是 45 号钢的焊接性能不是太好，随着碳元素含量的增加其焊接性能有所下降。而太阳能电池板的焊接工艺要求很严格，必须要求其能很好的连接起来。最后是考虑到其价格和总体设计的 要求，在材料选择时 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 1 班 学号 080105041 学生 刘达科 指导教师 李安生 毕业设计（论文）题目 二维 跟踪太阳光伏发电装置设计 （曲柄摇杆式） 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； 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： 1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周 完成开题报告、文献翻译、文献综述 及总体方案设计 5 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 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 （ 曲柄摇杆式 ） 课题来源 教师拟订 课题类型 导教师 李安生 学生姓名 刘达科 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105041 一、选题的目的意义 传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有 20 亿人得不到正常的能源供应。 于是 ，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰 富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦，假如把地球表面 太阳能转为电能，转变率 5%，每年发电量可达 012 千瓦小时，相当于世界上能耗的 40 倍 ，而且 太阳能发电的实施对环境不会造成任何的污染，是最理想的新 型 能源 。 二、主要研究内容 1. 提出自己在跟踪太阳光伏发电中的一些新设想和新见解 ； 2. 查阅相关中外文献资料，了解目前国内外发电技术的新技术、新发展 ； 3. 完成曲柄摇杆式二维跟踪太阳光伏发电装置设计 ，要求光电转化率 20，光伏电池板与太阳能的垂直度 80。 三、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 1. 根据所研究的内容查阅相关资料 ； 2. 根据 自己对 相关知识的了解表达个人的观点和看法 ； 3. 把自己要研究的内容和顺序进行合理的安排； 4. 对自己所要阐述的内容的形式进行恰当的安排。 四、任务完成的阶段内容及时间安排 1. 第 1 2 周（ 2 月 13 日 2 月 26 日）：完成开题报告； 2. 第 3 4 周（ 2 月 27 日 3 月 11 日）：完成译文，文献综述； 3. 第 5 12 周（ 3 月 12 日 5 月 6 日）：完成总体设计，设计说明书； 4. 第 13 周（ 5 月 7 日 5 月 13 日）： 答辩文献准备完成； 5. 第 14 周（ 5 月 14 日 5 月 19 日）： 答辩。 五、完成设计（论文）所具备的条件因素 白天追踪太阳 、 不使用任何外部电源 、 不 能 受天气影响 、 符合成本效益 、 必须外观好看 、 太阳能电池板大众化 ， 即能够适用于不同类型的面板 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 。 黄河科技学院毕业设计 （文献综述） 第 - 1 一、 研究的背景 中国 太阳能资源 非常丰富，理论储量达每年 17000 亿吨标准煤。太阳能 资源开发利用 的潜力非常广阔。中国地处 北半球 ，南北距离和东西距离都在 5000 公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米 4 千瓦时以上， 西藏 日辐射量最高达每平米 7 千瓦时。年 日照时数 大于 2000 小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比 欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。 传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有 20 亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦，太阳能转为电能，转变率 5%，每年发电量可达 1012 千瓦 小时，相当于世界上能耗的 40 倍。 对我国太阳能利用与开发我查找了下列文献： 1. 李淑兰，太阳能利用现状与发展前景 J应用能源技术， 2007，（ 5）。在简述太阳能利用技术发展历史的基础上，介绍国内外太阳能热利用及太阳能光伏发电技术发展现状，并对未来一段时期内太阳能利用技术的发展前景进行讨论。人类发展到现在，越来越多的国家逐渐清晰的认识到，要在有限资源和环境保护的双重制约下实现经济和可持续发展的关键，就在于寻找清洁环保的可再生能源。而在各种可再生能源中又以太阳能最接近理想能源，具有储量无限性、存在普 遍性、利用清洁性和经济性。 二、研究现状和趋势 太阳能发电 分光热发电和光伏发电。不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。可能因光伏发电普及较广而接触光热发电较少，通常民间所说的太阳能发电往往指的就是 太阳能光伏 发 电，简称光电。 太阳能光伏发电分为独立光伏发电与并网光伏发电： 独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。 黄河科技学院毕业设计 （文献综述） 第 - 2 并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网光伏系统， 特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网光伏发电的主流 目前太阳能电池自动跟踪领域的探索 ,在光电检测手段上的研究更是重点 ,因为光电检测的能力直接限制跟踪水平的发挥。所以现在较多采用的是转换效率比较高和反应灵敏的光电传感器做为检测器件 ,再加上结构上的设计 ,如常用的 “ 多元法 ” 太阳自动跟踪系统。在多元法中多采用的是多个传感器件根据太阳方位的不同形成的不同输出构成了检测变化的基础数据。在 “ 多元法 ” 的基础上 ,利用控制芯片的不同功能和性能来控制电机实施不同负载情况下 的跟踪功能。 在跟踪系统未来的发展方向上 ,光电传感器的灵敏提升和构造结构的简易有效化、高效控制芯片的控制能力和电机步进跟踪能力的提高都将成为提高跟踪效率的有效途径。 在太阳能跟踪系统领域我查阅了下列相关资料： 2. 谢向花，光电传感器检测技术研究 J科学论坛， 2005， 7。主要介绍了光电检测技术的发展，阐述了现有光电检测技术的优缺点和改进方法。 于硅光电池的光电自动跟踪系统的实现 J湘潭师范学院学报， 2006，（ 12）文章阐述了：一种基于硅光电池的光电自动跟踪 系统的总体设计，硬件电路设计已经程序算法设计。整个系统由光电传感器，步进电机，微处理和微控制系统以及机械部分构成。光电自动跟踪系统能够指向并跟踪光源的原理是：光电传感器接收的光强作为由单片机和步进电机构成的伺服装置的反馈量与理论值比较后得到的差值作为步进电机的输入。因此，这是一个由光电器件和机械部分组成的负反馈伺服系统，其处理核心是有单片机和 成的数据快速处理与数字控制模块。 三、研究主题与内容 我们构建了的新系统以单片机为核心 , 构建了由硅光电池和光电二极管的检测与比较 ,