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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 080105043 学生 马乾坤 指导教师 李安生 毕业设计（论文）题目 立柱式跟踪太阳光伏发电装置设计 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； 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 201 2 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 开题报告表 课题名称 立柱式跟踪太阳光伏发电装置设计 课题来源 教师拟订 课题类型 导教师 李安生 学生姓名 马乾坤 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105043 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： 机械原理，机械设计，机械设计手册，光伏发电知识，网络知识。 二、设计的目的与要求 本设计 通过对有关楼房和已有类似建筑物的调研及老师的悉心指导， 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。 三、 设计的 思路与预期成果 结合调研资料，联系本次设计的内容及目的，对于 本设计要求如下： 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。 （ 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） 编写 设计说明书一份 （ 3） 设计装配图一份 （ 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 2 周（ 2 月 13 日 2 月 26 日）：完成开题报告； 4 周（ 2 月 27 日 3 月 11 日）：完成译文，文献综述； 12 周（ 3 月 12 日 5 月 6 日）：完成总体设计，设计说明书； 3 周（ 5 月 7 日 5 月 13 日）： 答辩文献准备完成； 4 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 本人已修完 机械原理 ， 机械设计 ，电气设计 等课程，借助图书馆的相关文献资料 ，相关的网络等资源 ，查阅 机械原理，机械设计，机械设计手册，光伏发电知识，网络 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 第 I 页 二维跟踪太阳光伏发电装置设计 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： 机械结构主要包括支撑立柱、水平驱动减速机和垂直驱动蜗轮蜗杆等。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 1 带动水平驱动减速机转动，水平驱动减速机带动主轴转动，实现水平方向跟踪；每间隔 20 分钟控制信号驱动步进电机 2 带动蜗轮，蜗轮带动蜗杆和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机 1、步进电机 2 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 第 I is by as As a of of of it as of so of of is In to to up it of In of of s to to a 0 to a by to of to of is so is to in of at is CU in to , 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 马乾坤 指导教师 李安生 2012 年 3 月 10 日 黄河科技学院 毕业设计（ 文献综述 ） 第 1 页 一、 本课程的研究意义 和所属领域的发展状况 随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求 ，寻找 新能源 成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有 3种，即 火电 、水电和 核电 。 火电的缺点 火电需要燃烧煤、石油等化石 燃料 。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油 资源再有 30 年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出 二氧化碳 和硫的氧化物，因此会导致 温室效应 和酸雨，恶化 地球环境 。 水电 的缺点 水电要淹没大量土地，有可能导致 生态环境 破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。 太阳能屋顶发电站 核电的缺点 黄河科技学院 毕业设计（ 文献综述 ） 第 2 页 核电在正常情况下 固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。 前苏联切尔诺贝利核电站事故 ，已使 900 万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。 太阳能满足新能源的条件 陕西清立新能源 ：这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是 燃料电池 。另外， 风力发电 也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。 太阳能发电是最理想的新能源 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约 40 分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产 生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。 从太阳能获得 电力 ，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他 电源 发电原理完全不同，具有以下特点： 无枯竭危险； 绝对干净（无公害）； 不受 资源分布 地域的限制； 可在用电处就近发电； 能源质量高； 使用者从感情上容易接受； 获取能源花费的时间短。不足之处是： 照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积； 获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。 要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的 电网 联网。 目前，太阳能电池主要有单晶硅、 多晶硅 、非晶态硅三种。单晶硅 太阳电池 变换效率最高，已达 20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳 电池 变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到 10%，每瓦发电设备价格降到 1 2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。 当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓 半导体 同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达 36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。 二、 本课程的基本内容 太阳能电池是一对光有响应并能将 光能 转换成电力的器件。能产生 光伏效应 的材料有许多种，如： 单晶硅 ，多晶硅， 非晶硅 ，砷化镓，硒铟铜等。 黄河科技学院 毕业设计（ 文献综述 ） 第 3 页 它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。 P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N 型硅，形成 P N 结。 吉光光电 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的 能量传递 给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在 P N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通 电路 时，在该 电压 的作用下，将会有 电流 流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成 电能 的过程。 晶体硅太阳能电池的制作过程 储量丰富的硅 “ 硅 ” 是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从 19 世纪 科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20 世纪末，我们的生活中处处可见 “ 硅 ” 的身影和作用， 晶体硅太阳 能电池 是近 15 年来形成产业化最快的。 生产过程 生产过程大致可分为五个步骤： a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。 以单晶硅为例，其生产过程可分为： 黄河科技学院 毕业设计（ 文献综述 ） 第 4 页 工序一， 硅片 清洗制绒 目的 表面处理： 清除表面油污和金属杂质； 去除硅片表面的切割损坏层； 在硅片表面制作绒面，形成减反射织构，降低表面反射率； 利用 稀 液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成 3米的金字塔结构，这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对光的吸收； 工序二，扩散 硅片的单 /双面 液态 源磷扩散，制作 N 型发射极区，以形成光电转换的基本结构： 。 态分子在 气的携带下进入炉管，在高温下经过一系列 化学反应 磷原子被置换，并扩散进入硅片表面，激活形成 N 型掺杂，与 P 型衬底形成 。主要 的化学反应式如下： 2 P 工序三，等离子刻边 去除扩散后硅片周边形成的短路环； 工序四，去除磷硅玻璃 去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃（磷硅玻璃是指掺有 ）。 工序五， 目的 减反射 +钝化： 等离子体增强 化学气相淀积 设备， 制作减少硅片表面反射的 膜（ 80 黄河科技学院 毕业设计（ 文献综述 ） 第 5 页 膜中含有大量的氢离子，氢离子注入到硅片中，达到表面钝化和体钝化的目的，有效降低了载流子的复合，提高了电池的短路电流和开路电压。 工艺原理： 硅烷与氨气反应生成 积在硅片表面形成减反射膜。 利用 高频电源 辉光放电产生等离子体对 化学气相沉积 过程施加影响的技术。由于等离子体存在，促进气体分子的分解、化合、激发和电离，促进反应活性基团的生成，从而降低沉积温度。 200 500 范围内成膜，远小于其它 700 950 范围内成膜。 反应过程中有大量的氢离子注入到硅片中，使硅片中悬挂键饱和、缺陷失去活性，达到表面钝化和体钝化的目的。 工序六，丝网印刷 用丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，已引出产生的光生电流； 工艺原理： 给硅片表面印刷一定图形的银浆 或铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使电流有效输出； 正面电极用 属浆料，通常印成栅线状，在实现良好接触的同时使光线有较高的透过率； 背面通常用 属浆料印满整个背面，一是为了克服由于电池串联而引起的 电阻 ，二是减少背面的复合； 工序七，烘干和烧结 目的及工作原理： 烘干金属浆料，并将其中的添加料挥发（前 3 个区）； 在背面形成 铝硅合金 和银铝合金，以制作良好的背接触（中间 3 个区）； 铝硅合金过程实际上是一个对硅进行 P 掺杂的过程，需加热到铝硅共熔点（ 577 ）以上。经过合金化后，随着温度的下降，液 相中的硅将重新凝固出来，形成含有少量铝的结晶层，它补偿了 N 层中的施主杂质，从而得到以铝为受主杂质的 P 层，达到了消除背结的目的。 在正面形成 银硅合金 ，以良好的接触和遮光率； 料中的玻璃添加料在高温（ 700 度）下烧穿 ，使得 属接触硅片表面，在银硅共熔点（ 760 度）以上进行合金化。 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 马乾坤 指导教师 李安生 2012 年 3 月 10 日 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 1页 is as a it as no no PV is in a PV of by a PV on of A PVs -I -P a at is At V at to to is an a to is a to at is a of so to is as be in a To s of a a is a it to to at at to V 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 2页 a 5W at 5C 000W/m2 of V vs to to 2V. By 5W to 2V 3W. to in a at is to In of 7V. 7V to 5W, of A 7V at to at If 00% in x 7V 12V x A 2% be by by a it 00% be as is in in As V MP V to MP is MP as as in V a 25C 7V to MP be A is to 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 3页 of as in is a of 0 25%. in 0%. in in 0%. is to be it is in is on be In is V a as a WM it at is a It is to at on or of If is to by a in at of up to be by is of is N A is up in Its It V by a do of a is to in a is in do s is or of is to 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 4页 in a in a in of s a PV to a is to is at it is (Its of is to of s It of on be a 12V it 1 In to a V a is of If V s is to an to it V a of 7V at a 5 C. do it to 5V on a on a it 8V! pp is of is to a V to O s s At of is is to in to If is V, it to to it is an As pp of V it is a in on It an pp is V In be in In 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 5页 pp 8V. If is in in a in it 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 6页 什么是最大功率点跟踪 (它是又如何工作的 ? 光伏发电作为可再生能源变得日益 重要，它有许多有点，如不需燃料、没有污染、需要很少的维护费用、没有噪声等等。光电模块的转换效率依然很低，所以控制光伏阵列的最大功率点跟踪成为光伏系统的要点。 光伏系统产生的能量取决于阵列的开路电压。 最大功率点（ 光照强度和和温度变化。它的 性曲线表示了一个特定的工作点，在这个点上可以提供最大功率。在最大功率点上，光伏系统工作具有最高效率。所以许多方法被用来确定最大功率跟踪。 最大功率点跟踪，经常被称为 一个使光电 (块工作在一种特定运作模式的电子系 统，这种运作模式能够让模块产生它们所能够产生的最大电力。 是一种移动模组本身来使它们更直接面对太阳的机械跟踪系统。 完全的电子系统 ,它通过改变模组的电特性工作点，让模块能够提供最大可用电力。从模块得到的额外电力将以电池充电电流的形式得到利用。 与机械跟踪系统配合使用 ,但这两个系统完全不同。 为了了解 如何工作的，我们先了解一下常规的 (非 电控制器是如何工作的。当一个 常规控制器在为用完的蓄电池充电的时候，它只是简单的将光伏模组与电池直接相连。这 就促使模组工作在蓄电池的电压上，而这个电压通常不是能够让光电组件产生最大可用电能的理想工作电压。光电模块的功率 /电压 /电流图显示了典型的传统 75W 的光伏模块在 25 C 电池温度和1000w/照强度的标准测试条件下的电流 /电压曲线。这个图表也显示了光电组件电压变化时功率的变化 . 如例子所示，传统的控制器只是简单的将光电模块和电池相连，这就促使模块工作在 12V 电压。由于 75W 的模块被钳制在 12V 电压下工作，传统的控制器人为的限制了产生的电能大约在 53W 左右。 与简单地连接光电模块与电池不同 的是，在光电 电控制器中使用的专利 统计算模块能够产生最大电能的工作电压。这个例子中模块产生最大功率时的电压（ 17V。 统将使模块工作在 17V 的电压下来充分获得 75W 的电能，而不管目前电池的电压。一个高效率的 C 电力转换器转换在控制器输入端的 17V 模块电压为输出端电池的电压。 如果整个系统布线全部是 100%的效率 ,在目前这个例子中电池电流为 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 7页 x 17V 12V x 过收获那些本来会被传统控制器浪费的电能并将它转化为可用的充电电流， 将增加 充电电流或达到 42%的增量。 但是 ,没有什么是 100%的效率， 由于部分电力损失在线路、 保险丝、 电路断路器和 阳能充电控制器上面，所以电流增量通常都会低一些。 有用充电电流增量随工作条件的变化而变化。如上所述 ,光电组件最大功率点电压（ 电池电压的差异越大，充电电流增加的也就越大。降低光伏电池单元的温度倾向于产生更高的最大功率点电压（ ，也就更大的充电电流增量。 这是因为， 随着光伏电池单元的温度降低最大功率点电压和可用电能将增加，如光电组件温度特性曲线所示， 模块 25 C 时的最大功率点电压高于 17V 也同样能够产生更大的充电电流，因为此时实际的最大功率点电压将比蓄电池电压更高。 一个完全用完的蓄电池也将增加充电电流， 因为电池电压更低同时通过 出到蓄电池的电能可以认为时连续的。在适当的低温条件和典型电池条件下，人们可以看到充电电流将增加 10 25%。更低的温度和更完全使用的蓄电池将使充电电流增幅超过 40%。寒冷气候下的客户报道说充电电流甚至超过了 40%的增幅。这是意味着最需要的时候，充电电流增加的最大。在寒冷环境下，白天很短暂，太阳离地平线低 ,蓄电池将被更完全的放电。在那些没有可以利用的额外能量（满充的蓄电池和高温光电组件）的条件下，电充电控制器将替代传统的 控制器。 为什么要最大功率点跟踪 （ ? 加在太阳能电池板上使它工作在最大功率点上。 一个利用高频开关和控制算法的 C 变换器。它要求将电路设计得高效率、重量轻、体积小、高可靠性。太阳能电池单元依赖环境条件比如温度条件，光照强度，负载电压。而这些参数在白天总是变化的，太阳能电池、太阳能电池板输出特性也各不相同。某些小时内光电系统可能产生的功率低于额定负载功率。如果将太阳能电池板直接连接到电池，系统会产生功耗，因为在某些时段太阳能电池板的运行特性将随环境条件的改变而改变。这个问题可以通过使用较大的太阳能 板来解决，但解决方案较昂贵。基于此，在太阳能电池板和电池之间加设电池最大功率点跟踪电路。 黄河科技学院 毕业设计 （ 文献翻译 ） 第 8页 利用 率跟踪充电控制器增加光伏充电电能。 充电控制器又出现了新的特点。它被称为最大功率点跟踪 (它在一定条件下从你的光伏阵列摄取额外的电能。 本文为那些根本不懂电的人对这一过程做了机械类比。 功能类似于汽车的传动装置，当传动装置运转在错误的档位，车轮得不到最大的动力。那是因为发动机运行速度低于或高于理想转速范围。传动装置的作用是连接引擎和车轮使引擎不管在任何速度，任何地形都运行在一个 最佳的转速范围。 让我们把光电组件和汽车发动机做下比较。它的电压类似于引擎速度。理想的电压是指在这一电压点能够输出最大功率， 这就是所谓的最大功率点 (也被称作峰值功率电压 ,简称 阳光强度和太阳能电池温度变化，蓄电池的电压类似汽车车轮的速度，它会随电池充电状况 ,以及系统负载（任何电器和灯泡等等）而变化。一个 12V 系统，则由约 11 至 间变化。为了对电池充电 (增加它的电压 )，光电组件必须提供高于电池电压的充电电压。如果光电组件的 是仅仅略低于电池电压 ,则电流也 下降到近乎为零 (如发动机转得比车轮慢 )。所以 ,为了这方面的安全 ,典型的光电组件的 25光电池单元温度时测量大约 17v 左右。 他们这样做是因为这将减少到约 15V 在炎热的时候。 然而 ,在一个非常寒冷的日子 ,它可以上升到18V!在 远高于电池电压的情况下会发生什么样的事呢？ 模块电压拉低到低于理想的电压。传统的充电控制器直接将光伏电池阵列的电流直接给蓄电池，让你得不到任何多余的好处。现在，让我们再作比喻，汽车的传动装置改变汽车传输速度及扭矩比例，低挡时，车轮的速度降低，扭矩加大，对不对 ？同样，变送往电池的电压和电流的比例，以提供最大功率。如果来自光电模块的电压超过现有的，它则将其转换成更大的电流送往电池。此外，它像一个自动传动装置一样。当光伏阵列的 温度和其他一些条件变化的时候，它将跟踪这一变化来调整比例，因此被称为最大功率点跟踪。 在现实世界 什么好处？这取决于你的光伏阵列，你的气候，和你的季节性负荷特点。它为你提供有效的涌流，只有当 过电池电压约 1V 的时候。在炎热的天气，情况可能并非如此，除非电池欠充电。然而在寒冷天气，以升到 18v。如果你能源利用最大的时候是冬季 (最典型的家庭 )，有寒冷的冬天，那么在你最需要能量的时候你可以得到可靠的能源供应！ 单位代码 学 号 080105043 分 类 号 密 级 _ _ _ 毕业 设计 说明书 立柱式 自动 跟踪太阳能光伏发电装置 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 马乾坤 指导教师 李安生 2012 年 04 月 21 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 题背景 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作 1。 虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可持续能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。据统计 2， 20世纪 90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长 l%，而太阳能发电每年增长达 20%，风力发电的年增长率更是高达 26%。预计在未来 5至 10年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。 相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。 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 1 5 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 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 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 油。 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 0万千瓦。在联网阳光电站建设方面，计划 2020 年前建成 5座 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说明书 第 3 页 阳能利用 的发展趋势 据测算，到 2000 年、 2050年、 2100年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 平方公里、 平方公里、 平方公里。 平方公里才占全部海洋面积 全部沙漠的 甚至才是撒哈拉沙漠的 。因此这一方案是有可能实现的。另一是天上发电方案。早在 1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长 10公里、宽 5公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供 500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。随着我国技术的发展，在 2006 年，中国有三家企业进入了全球前十名，标志着中国将成为全球新能源科技的中 心之一，世界上太阳能光伏的广泛应用，导致了目前缺乏的是原材料的供应和价格的上涨，我们需要将技术推广的同时，必须采用新的技术，以便大幅度降低成本，为这一新能源的长远发展提供原动力！ 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 2. 太阳能自动跟踪系统总体设计 ： 计 传动 原理示意图 立柱式太阳光伏发电装置工作示意图如图（ 1） （） 1 - 光源跟踪探测器 ; 2 - 亮度传感器 ;3 - 光电池阵列 ; 4 - 光电池阵列支架 ; 5 - 防尘罩 ; 6 - 垂直旋转轴瓦 ; 7 - 垂直驱动 涡杆 ; 8 - 垂直驱动齿轮减速电机 ; 9 - 垂直驱动涡杆 ; 10 - 光电池阵列横担支架 ; 11 - 光电池阵列横担 ; 12 - 平面推力轴承 ; 13 - 水平旋转轴 ; 14 联轴器 15 联轴器 ;16 - 水平驱动 蜗轮蜗杆 减速电机 ; 17 - 水平驱动减速箱体 ;18 - 整体支撑立柱 ;19 - 控制箱 整个装置的整体结构如上图所示，其中有电机 8带动一组锥齿轮 9 传动，并通过齿轮 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 轴带动蜗杆 7从而驱动电池组阵列横担上的涡轮，使电池板转动，满足整个装置在垂直方向上的跟踪性能。 而在 水 平方向上的传动结构由电机 16来驱动，电机轴带动减速箱做减速传动，并通过减速轴 3 带动水平驱动蜗杆 15，驱动涡轮 14 做减速减振的转动。涡轮带动轴筒使支撑台和整个电池板转动，以满足水平方向的跟踪要求。 另外整个装置的控制有光敏传感器和压力传感器来感知信号传递给控制箱 19，而控制电机的转动。当光敏传感器感知光照强度后会向控制箱 发出信号，来控制电机的转动追踪光源。这个系统采用反馈控制结构，直至电池板以最大功率接受太阳光。当一天结束后即光照强度很弱接近于 0，这时机构会自动感知信号，是整个装置回到原始位置。在初始位置 有一限位控制开关，当轴转动到此处是，压住开关切断信号，使电机停止转动，是装置保持在此位置。（当遇到下雨和阴天的时候我们设定其运动和夜间的运动相同）。 压力传感器是在装置遇到强风时，压力传感器会向控制器传递信号，而使电机驱动整个装置，根据压力传感器的信号调整位置，使其承受的压力最小。 作原理简述 太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用 . 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能 光伏技术。 光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。 产生这种电位差的机理有好几种，主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以 当 受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因 N 区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有 P 区的光生电子和 子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生 电子被拉向 生空穴被拉向 电子空穴对被内建电场分离。这导致在 们产生一个与热平衡 方向由 区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差， P 端正， N 端负。于是有结电流由 P 区流向 N 区， 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 其方向与光电流相反。 作环境要求 阳能自动跟踪系统体现出了 ,该系统必须完成全天候的自动跟踪太阳的能力 为输出功率较大 ,所用到的太阳能电池板较多 ,整个装置的面积很大 要求其有抗风 6级能力和遇到强风时能回平 ,保证以最小的面积来迎风 . 5年左右 阳能发电的基础是阳光 ,所以根据太阳的运动规律要在一天的结束后 ,使电池板自动回到原始位置 . 计内容要求 80/220驱动整个装置的运动 装配图和主要部件的零件图 . 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 太阳能电池的种类 及 选择 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 特 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 N 代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个 P N 结。太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 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 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页 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。 （ 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, 膜太阳能电池 ) 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： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页 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。 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 功率 60W 基本尺寸 556*946*35据设计要求，需满足输出功率为 1上的发电装置，则有 1000/60=有其设计需要，可设定需要 24 块电池板，满足其输出功率的要求。其总的功率为60*24=1440W,总的重量为 M 板 24*布局的分布图如下 ： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 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，在材料选择时我们应该尽 可能的选择性能 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 合适而价格低廉的材料。而 45 号钢和铝合金在价格方面是铝合金明显要贵的很多，但考虑到其用量不大的情况下，还是可以接受。另外从实用角度分析，我们要求整个装置能实用 15年左右，期间采用 45号则要求能很好的抵抗外界环境的侵蚀，这样增加更高的维护成本。所以我认为采用铝合金可以有效的改善这方面的不足，综合比较这两种材料，我决定用铝合金材料作为电池板的结构框架。 合金材料选择 铝合金材料有很多的型号，我所用到的是铝合金方管。据我收集的 比较常用的 方管铝合金 ： 38*25*1=m 38*25*m 38*38*1=m 38*38*m 50*25*1=m 50*25*m 50*25*m 50*50*1=m 50*50*m 50*50*m 76*25*1=m 76*25*m 76*25*m 76*44*1=m 76*44*m 76*44*m 76*76*1=m 76*76*m 100*25*1=m 100*25*m 100*44*1=m 100*44*m 100*44*m 100*50*2=m 根据电池板的尺寸 556*946*35，我选择的方管为 50*50*1=型号。因为我认为，管应该比电池板的厚度要大一点，使其可以放入到框架内，便于安装固定。另外管材不能太薄，需要有一定的支撑能力，和抗意外撞击的能力，所以我选择其厚度为 1由此可得所用到的铝合金管材的重量为： 电池板框架的 尺寸为长 L 长 =946 4=3784池板的宽为 L 宽 =556 6=3336加上其框架内的支撑筋板其总长为 L L=L 长 4 L 宽 6 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 =3784 4 3336 6 =35152其总的重量为 M 管 =L 35152 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 动机功率的确定 作机各传动部件的传动效率及总效率 查机械设计课程设计 手册 表 I 蜗杆 =8 40； 又根据机械设计基础表 41=1，由表 4 蜗杆 =机械设计课程设计指导书 表 )(对轴承 ； 联轴器效率 c= 工作机的总效率为： 总 =（ 电动机的功率确定 此装置要求其转速不能太高，并且转动的机构的转角不是太大，是该装置的速度为V 1m/s。另有上述太阳能电池板的结构可计算得其参数。 电池板的总长 46 4=3784池板的总宽 56 6=3336由此可得，所用到的铝合金管材的长度为 L L ( 3 (3784 3336) 3 21260据方管的参数可知，所用到的管材的总的管重量 M 管 M 管 L 21260 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 还有一些辅助的加强的筋板，此处讲管材的重量控制在 15 加上电池板自身的重量，由此可得电动机所要带动的电池框 架的总的重量为 M M M 板 M 管 15 155此可得 F 板 155 10 1550N P 板 F 板 V 1000 （ 1550 1） 1000 电动机的工作传动功率为 P 电 P 电 总 此可得垂直驱动率可选择为 由水平驱动电机所驱动的载荷较大，其总的效率较低 = 总 联轴器 =动的重量为 M=M 总 M 部件 =155 63 100 =318 F 318 10 3180N 其功率 P=000 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 =3180 1/1000 =电动机的功率为 P 电 =P/ =虑到其部件见的摩擦及阻力选择的电机的功率为 P= 定电动机的转速 1) 传动装置的传动比的确定： 查机械设计课程设计指导书书中表 各级齿轮传动比如下： 4010蜗杆i 理论总传动比： i 蜗杆 i （ 10 40） 50 2) 电动机的转速： 涡轮轴的工作转速： （ 60 1000V） D （ 60 1000 1）（ 272） 电机的转速为 n 电 i 即得 n 电 i 总 50） 以电动机转速的可选范围为： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页 根据上面所算得的原动机的功率与转速范围，符合这一范围的同步转速有 1000 r/500 r/种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为 1000 r/主要功能表如下： 电动机型号 额定功率载转速/r/动转矩 /额定转矩 最大转矩 /额定转矩 60 速的计算 取电机 60r/i 总 960 14 n 960 14 中取齿轮的减速比 轮 杆 14 齿轮减速轴的转速为 n 电 960 768r/率的计算 有 齿轮减速轴的功率为 1 齿轮 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 蜗杆减速轴的功率为 2 矩的计算 T 电 106 P 电 106 960 104N/1 106 106 960 104N/2 106 106 105N/黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页 轮蜗杆的设计及其参数计算 动参数 蜗杆输入功率 P=杆转速 768r/轮转速 论传动比 i=际传动比 i=13，蜗杆头数 1，蜗轮齿数为 i 13 1 13，蜗轮转速 i 768 13 轮蜗杆材料及强度计算 减速器的为闭式传动，蜗杆选用材料 45钢经表面淬火，齿面硬度 45 轮缘选用材料 型铸造。 蜗轮材料的许用接触应力，由机械设计基础表 4 H =180估取啮合效率： 蜗轮轴转矩： 106 106 105N 荷系数：载荷平稳，蜗轮转速不高，取 K=计算 2 1 22122480 =105（ 480 13 180） 2 =2554数及蜗杆分度圆直径由机械设计基础表 4别为： 模数 m=8 杆分度圆直径 1d 80 计算相对滑动速度与传动效率 蜗杆导程角 1) 80 黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页 蜗杆分度圆的圆周速度 111 0 9 6 0 m / s 4 . 0 2 m / 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 相对活动速度 s 当量摩擦角 取 v 2 3 0 2 验算啮合效率 1 v) 动总效率 10 . 9 6 0 . 9 6 0 . 8 1 0 . 7 8 总 （在表 4 定主要集合尺寸 蜗轮分度圆直径： 8 13 104心距 a（ 2 (80 104) 2 92黄河科技学院毕业设计说明书 第 20 页 杆传动的几何尺寸计算 蜗杆分度圆直径 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿 根 圆直径 蜗 杆 导 程 角 蜗 杆 齿 宽 蜗轮分度圆直径 蜗轮 喉圆 直径 蜗轮齿 根 圆直径 蜗轮 外圆 直径 蜗轮咽喉母圆半径 蜗 轮 螺 旋 角 蜗 轮 齿 宽 中 心 距 名 称 1 80d 1 1 12 2 8 0 2 8 9 6d h d m m m 1 1 1 12 2 . 4 8 0 2 . 4 8 6 0 . 8d h d m m m 8 1 80 以 (m 13 88 13 104 2m 2 8 13 2 120 2m 8 13 84.8( 104 8 116 a 2 92 32( = = 与蜗杆螺旋线方向相同 210 . 7 0 . 7 9 6 6 7 . 2ab d m m a ( 2 2 80 8 13 2 92(公式 说明 及结果 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 体的设计计算 体的结构形式和材料 采用下置 单级 速器（由于 V=s） 减速器箱体采用 造，必须进行去应力处理。 规格 减速 比 A B C M N E 2 G Z 输入轴 输出轴 质量m/S U TV WY 40 1/10 1/15 1/20 1/25 1/30 1/40 1/50 1/60 143 87 74 45 40 94 184 70 74 86 10 10 25 12 48 14 53 5 50 175 107 97 50 50 116 220 90 93 102 15 12 30 12 40 17 53 6 60 198 122 112 55 60 126 260 100 105 120 20 12 40 15 53 50 22 60 70 231 140 131 65 70 156 295 120 120 135 20 15 40 18 60 28 84 15 80 261 160 142 70 80 175 320 140 130 150 20 15 50 22 65 32 105 20 100 322 190 169 90 100 224 375 190 155 180 26 15 50 25 84 75 38 105 35 120 381 229 190 100 120 266 450 220 185 215 30 18 65 30 84 85 45 140 135 433 260 210 110 135 306 495 260 210 235 30 18 75 35 105 95 55 166 75 155 504 302 252 140 155 350 590 290 245 295 35 21 85 40 125 110 60 187 115 175 545 325 262 150 175 394 640 320 267 323 40 21 85 45 1410 65 187 140 200 587 350 305 175 200 440 710 370 290 360 40 24 95 50 1425 70 2000 250 705 420 360 200 250 510 860 440 350 440 45 28 110 60 187 155 90 259 340 黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页 表 体的结构尺寸 设计内容 计 算 公 式 计算结果 箱座壁厚度 a=125+3=8mm a 为蜗轮蜗杆中心距 取 =8盖壁厚度 1 =8= 1=座凸缘厚度 b b=8=12mm b=12盖凸缘厚度 b1 =盖凸缘厚度 P P=8=20=20脚螺钉直径 50 3 ad f 8脚沉头座直径 0=360=36脚螺钉数目 n 取 n=4个 取 n=4 底脚凸缘尺寸（扳手空间） 01=302=262=26承旁连接螺栓直径 d1 4承旁连接螺栓通孔直径 d1 d1=15.5 d1=承旁连接螺栓沉头座直径 0=300=30分面凸缘尺寸（扳手空间） 81=182=302=30下箱连接螺栓直径 d2 9mm 下箱连接螺栓通孔直径 d2 d2=d2=下箱连接螺栓沉头座直径 00=20缘尺寸（扳手空间） 61=162=142=14承盖螺钉直径和数目 n,d3 n=4, n=4 查孔盖螺钉直径 d4 mm 锥定位销直径 d5 0.8 mm 黄河科技学院毕业设计说明书 第 23 页 减速 器中心高 H H=225=225承旁凸台半径 R R=51=15承旁凸台高度 h 由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。 取 50承端盖外径 2=轴承孔直径 +(5 20体外壁至轴承座端面距离 K K= 810)=44=54承旁连接螺栓的距离 S 以 =120 蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面的距离） + =561=56轮外圆与箱体内壁之间的距离 =15 1 =15轮端面与箱体内壁之间的距离 2=12 2 =12盖、机座肋厚 m1,m =m=10mm m=7黄河科技学院毕业设计说明书 第 24 页 7 传感器的基本原理及选择 感器的分类 传感器 是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测 到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、 记录和控制等要求。它是实现自动检 测和自动控制的首要环节。国家标准 “ 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置， 通常由敏感元件和转换元件组成 ” 。 可以用不同的观点对传感器分类：它们的转换原理 (传感器工作的基本物理或化学效应 )；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据 传感器 工作原理，传感器分类可分为物理传感器和化学传感器二大类 ： 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类 。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题 等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 感器分类： 传感器分类 1：按照其用途，传感器可分类 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 热敏传感器 传感器分类 2：按照其原理，传感器可分类 振动传感器 磁敏传感器 湿敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 择分析 黄河科技学院毕业设计说明书 第 25 页 根据本设计要求，我们将用到的传感器是光敏传感器和压力传感器。首先，我们要满足此装置能自动跟踪太阳，就必须有传感器来感知光照的强弱从而传出信号，控制电动机的运转来达到跟踪的目的。其次，我们要求其能感知风力的大小，保证其以最小的面积迎风。此处我设计为，在支撑柱上设置压力传感器，感应到其受力弯曲变形的大小从而控制电池板的方向保证其以最小面积迎风。 所以，根据所收集到的信息，并考虑到其工作环境的条件，我们选择了光敏电阻传感器如图（ 1），因为其能在较宽的范围内感知光照的强弱，从而增加了，太阳能的接受效率。而压 力传感器我选择了陶瓷压阻传感器，其优越的稳定性和较好的耐腐蚀和耐候性能，是我们可以放心的使用。 选传感器的解析 （ 1） 敏传感器 光敏传感器种类很多种 主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、 光敏二极管， 光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器等。 工作原理： 光 敏 传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器 。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。 光敏电阻 ： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 26 页 原理 ： 它是基于 半导体光 电效应工作的。光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。 光敏电阻的工作原理：光照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。 光谱范围：从紫外线区到红外线区。 优点：灵敏度高，体积小，性能稳定，价格较低。 光敏电阻的性能参数：光敏电阻不受光照时的电阻成为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。在受到光照时的电阻成为亮电阻，此时电流称为亮电流。暗电阻越大越好，亮电阻越小越好。实际应用时，暗电阻大约在兆欧级，亮电阻大约在几千欧以下。 光敏电阻 的伏安特性： i） 所加电压越高，光电流也越大，而且无饱和现象。 在给定的光照下，曲线是一直线，说明电阻值与外加电压无关。 在给定的电压下，光电流的数值将随光照的增强而增加。 力