自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计【优秀机械机电毕业设计论文】【A6118】
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自动
跟踪
太阳
智能型
太阳能
系统
设计
优秀
优良
机械
机电
电机
毕业设计
论文
a6118
- 资源描述:
-
文档包括:
说明书一份,48页,21000字左右.
英文翻译一份.
任务书一份.
开题报告一份.
图纸共6张:
A0-太阳自动跟踪系统.dwg
A2-大齿轮.dwg
A2-底座.dwg
A2-主轴.dwg
A2-电机底座.dwg
A2-电机支架.dwg







- 内容简介:
-
徐州工程学院 毕业设计(论文)任务书 机电工程 学院 机械设计及其自动化 专业 设计(论文)题目 自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计 学 生 姓 名 张士新 班 级 04 机本 4 班 起 止 日 期 指 导 教 师 张建 化 教研室主任 陈 跃 发任务书日期 2008 年 5 月 20 日 景 : 人类对于再生能源的需求在石化原料日渐耗尽的同时日受重视。太阳能利用是个源 源不绝的绝佳能源替代方案,因为每天太阳投射到地球表面的能量大 于 地球所需的一 以上 。 太阳能电池自动跟踪系统的开发与研究,提高了太阳能电池板的发电效率, 达到了低成本、高精度、使用灵活的要求,为大规模使用太阳能发电,合理利用能源 进行了有益的探索。 太阳能自动跟踪系统设计是为了解决太阳能转换效率低的问题 , 为了更大程度的利用太阳能。此系统能使太阳能电池板始终对着太阳,保持最大的效 率 , 具有低成本、免维护等优点,有较好推广应用价值。 论文 )的内容和要求: 本设计内容: 本设计要求设计一种自动跟踪太阳的机械和控制系统,使太阳能板能随太阳光线 的移动而转动。 机械设计部分包括机械设计整体方案,重要部件的校核计算,装配图 和零件图;控制系统部分包括追踪模式选择,单片机驱动步进电机和整体电路图。 本设计要 求: (1)机械部分 :跟踪系统能水平方向 360 度旋转,垂直方向两边能大于 60 度旋转, 要求系统有一定的抗风性,有机械计算并且要画定量的机械图; (2)控制系统部分 :要求系统能准确跟踪太阳,说明跟踪的过程,分析控制跟踪系统 的原理,完成电路图; ( 3)完成 20000 字的论文,包含以上全部内容 。 1余海太阳能利用综述及提高其利用率的途径 J能源研究与利用, 2004, (03):22孙孝仁太阳能利用的现状与未来 J山西省科技情报研 究所 , 2005,( 08): 153李建庚一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计 J太阳能学报, 2003, 24(03): 330 4陈维,李戬洪太阳能利用中的跟踪控制方式的研究 J能源工程, 2(03):18 5陈维,李戬洪太阳能利用中的跟踪控制方式的研究 J能源工程, 2(03): 18 论文 )进度计划 (以周为单位 ): 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 了解设计的基本要求,查阅相关资料 查阅相关资料,写开题报告 外文资料翻译 设计方案比较选择 机械总体设计 传动系统设计计算 传动系统设计计算 支架体设计 支架体设计 电路系统设计 绘制机械装配图 绘制机械零件和电路图图 撰写毕业设计说明书 撰写毕业设计说明书 答辩准备 答辩 教研室审查意见: 室主任 年 月 日 学院审查意见: 教学院长 年 月 日 徐州 工程学院 毕业设计 (论文) 开题报告 课 题 名 称 : 自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计 学 生 姓 名: 张士新 学号: 20040601446 指 导 教 师: 张建化 职称: 助教 所 在 学 院 : 机电工程学院 专 业 名 称: 机械制造及其自动化 徐州 工程学院 2008 年 3 月 4 日 课题 名称 自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计 课题来源 社会生产实践 课 题类型 工程设计类 选题的背景及意义 太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大优点:第一 ,它是人类可以利用的最丰富的能源 ; 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。 目前 人类只利用太阳能有三大技术领域,即光热转换、光 电 转换和光化转换,此外,还有储能技术。 人类对于再生性能源的需求在石化原料日渐耗尽的同时日受重视。太阳能利用是个源源不绝的绝佳能源替代方案,因为每天太阳投射到地球表面的能量大 于 地球 所需的一万倍以上 。 太阳能电池自动跟踪系统的开发与研究,提高了太阳能电池板的发电效率,达到了低成本、高精度、使用灵活的要求,为大规模使用太阳能发电,合理利用能源进行了有益的探索。 研究内容拟解决的主要问题 太阳能作为一种清洁无污染的能源,发展前景非常广阔,太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题,这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的,没有充分利用太阳能资源,发电效率低下。据实验,在太阳能光发电中,相 同条件下,采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35 ,因此在太阳能利用中,进行跟踪是十分必要的 !但是太阳能的利用受地形、地势、位置、云雨等自然条件的影响很大,由于太阳能电池的成本相对较高而转化成电能的效率又太低,得不到普及利用。 自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计是为了解决太阳能转换效率低的问题,为了更大程度的利用太阳能。 阳光照射的角度不固定,要想达到最大的集热效果,太阳能集热板应和太阳光线保持垂直。 本设计要求设计一种自动跟踪太阳的机械和控制系统,使太阳能集热板能随太阳光线的移动而转动,保持集热 板与太阳光线基本垂直。 此 系统能使太阳能电池板始终对着太阳,保持最大的发电效率,具有低成本、免维护等优点,有较好推广应用价值。 研究方法技术路线 本课题所研究的是自动跟踪太阳智能型太阳能系统,机械部分主要由电池板支架,底座和步进电机构成,机械装置由电机驱动,可使电池板在水平方向 360 度和垂直方向 0 80 度之间自由旋转。控制部分主要由 片机系统构成。 跟踪系统 机械结构大致为大齿轮固定在底座上,主轴和支撑轴承安装在底座上面,主轴相对于底座可以转动,小齿轮与大齿轮啮合,小齿轮连接步进电机 1 的输出轴 。步进电机 1 固定在转动架上,转动架以及支架固定安装在主轴上,接收器、步进电机 2 安装在支架上面,步进电机 2 的输出轴连接在接收器上。 机机械结构的工作原理为 用 2 个步进电机分别对高度角和方位角 2 个方向进行控制 。 跟踪器的方位轴垂直地平面, 控制水平方向;另一根轴与方位轴垂直称为俯仰轴, 控制 垂直方向 。 两轴分别套上一大 齿轮, 大齿轮与小齿轮连接,小齿轮再 与 2 个步进电机的主动轮 分别 相接 。 工作时,太阳跟踪器根据太阳运动的位置 ,通过 方位轴转动改变方位角 来改变水平方向 , 通过 俯仰轴作俯仰运动改变接收平台的倾斜角 来改变垂直方向 ,从而使 太阳光线与接收平台垂直 ,以达到跟踪的目的 。 目前 跟踪系统控制部分 采用 片机作为系统的控制核心 , 统 大都 采用了两种追踪模式 : 光 强比较法 追踪模式和太阳角度追踪模式。 在 光强比较法 追踪模式下 , 利用特殊的装置通过光电二极管的比较电路来判断太阳的方位 , 配合电动机的转动从而达到了追踪太阳的目的。太阳角度追踪模式下 : 主要是通过软件计算当时当地太阳高度角和太阳方位角 , 再配合机械装置来实现对太阳的追踪。 本课程设计采用光强比较法追踪模式,通过 光敏电阻 的比较电路来判断太阳的方位,配合电动机的转动从而达到了追踪太阳的目的 。 研究的总体安排和进度计划 周次 设计内容及要求 1 了解设计的基本要求,查阅相关资料 2 查阅相关资料,写开题报告 3 外文资料翻译 4 设计方案比较选择 5 机械总体设计 6 传动系统设计计算 7 传动系统设计计算 8 支架体设计 9 支架体设计 10 电路系统设计 11 绘制机械装配图 12 绘制机械零件和电路图图 13 撰写毕业设计说明书 14 撰写毕业设计说明书 15 答辩准备 16 答辩 主 要参考 文献 1余海太阳能利用综述及提高其利用率的途径 J能源研究与利用, 2004,(03):22吕春生日本的新能源开发及对我国的启示 J现代日本经济, 2006, (06): 373张明 R广西电力建设科技信息 ,2004,(04):514周 惠 美国有关可再生能源和节能情况考察报告 R可再生能源 2007,25( 1), 985徐机玲,蔡玉高太阳能利用新突破 J瞭望, 2004, (39):286张艳红,张崇巍,吕绍勤,张兴等新型太阳能控制器的研制 J节能,2006, (02):097孙孝仁太阳能利用的现状与未来 J山西省科技情报研 究所 , 2005,( 08):158胡赛纯,汤青云太阳能利用现状与趋势 J湖南城建高等专科学校学报 ,2003, (01): 08 9李建 庚 ,吕文华, 晓雷,等一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计J太阳能学报, 2003, 24(03): 330 10陈维,李戬洪太阳能利用中的跟踪控制方式的研究 J 能源工程, 203):18 11李云 J发明与创新, 2004, (01):0812范志刚主编光电测试技术 M北京:电子工业出版社, 2004:2413陈维,李戬洪太阳能利用中的跟踪控制方式的研究 J能源工程, 203): 18 指导教师 意 见 指导教师签名: 年 月 日 教研室意见 学院 意见 教研室 主任签名: 年 月 日 教学 院 长 签名: 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 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 1 带动小齿轮 1 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 2 带动小齿轮 2, 小齿轮 2 带动齿圈和 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 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 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 州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 题来源 . 错误 !未定义书签。 题背景 . 错误 !未定义书签。 源现状及发展 . 错误 !未定义书签。 国太阳能资源 . 错误 !未定义书签。 前太阳能的开发和利用 . 错误 !未定义书签。 阳能的特点 . 错误 !未定义书签。 题研究的目的 . 错误 !未定义书签。 究课题的意义 . 错误 !未定义书签。 环保能源 . 错误 !未定义书签。 高太阳能的利用率 . 错误 !未定义书签。 阳能利用的国内外发展现状 . 错误 !未定义书签。 阳追踪系统的国内外研究现状 . 错误 !未定义书签。 文的研究内容 . 错误 !未定义书签。 文结构 . 错误 !未定义书签。 2 太阳能自动跟踪系统总体设计 . 错误 !未定义书签。 阳运行的规律 . 错误 !未定义书签。 踪器机械执行部分比较选择 . 错误 !未定义书签。 柱转动式跟踪器 . 错误 !未定义书签。 螺仪式跟踪器 . 错误 !未定义书签。 圈转动式跟踪器 . 错误 !未定义书签。 课题的机械设计方案 . 错误 !未定义书签。 踪方案的比较选择 . 错误 !未定义书签。 日运动轨迹跟踪 . 错误 !未定义书签。 电跟踪 . 错误 !未定义书签。 日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合 . 错误 !未定义书签。 设计的跟踪方案 . 错误 !未定义书签。 3 机械设计部分 . 错误 !未定义书签。 阳能自动跟踪系统机械设计方案 . 错误 !未定义书签。 一齿轮转动计算 . 错误 !未定义书签。 料选择 . 错误 !未定义书签。 寸计算 . 错误 !未定义书签。 核计算 . 错误 !未定义书签。 根弯曲疲劳强度验算 . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 二齿轮转动计算 . 错误 !未定义书签。 料选择 . 错误 !未定义书签。 寸计算 . 错误 !未定义书签。 核计算 . 错误 !未定义书签。 根弯曲疲劳强度验算 . 错误 !未定义书签。 瓦校核计算 . 错误 !未定义书签。 轴瓦校核计算 . 错误 !未定义书签。 轴瓦校核计算 . 错误 !未定义书签。 联接计算 . 错误 !未定义书签。 轴与大齿轮的键联接 . 错误 !未定义书签。 轴与齿圈的键联接 . 错误 !未定义书签。 进电机 1 输出轴与小齿轮 1 的联接 . 错误 !未定义书签。 进电机 2 输出轴与小齿轮 2 的联接 . 错误 !未定义书签。 风性分析 . 错误 !未定义书签。 座上螺钉校核 . 错误 !未定义书签。 校核 . 错误 !未定义书签。 4 自动跟踪系统设计 . 错误 !未定义书签。 统总体结构 . 错误 !未定义书签。 电转换器 . 错误 !未定义书签。 电转换电路 . 错误 !未定义书签。 片机及其外围电路 . 错误 !未定义书签。 片机 . 错误 !未 定义书签。 围电路 . 错误 !未定义书签。 进电动机及驱动电路 . 错误 !未定义书签。 进电动机介绍 . 错误 !未定义书签。 进电机的主要特性 . 错误 !未定义书签。 进电机的选择 . 错误 !未定义书签。 动电路 . 错误 !未定义书签。 统的实现 . 错误 !未定义书签。 敏电阻光强比较法 . 错误 !未定义书签。 敏电阻光强比较法的工作过程 . 错误 !未定义书签。 统的流程图 . 错误 !未定义书签。 5 结论 . 错误 !未定义书签。 论 . 错误 !未定义书签。 望 . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录 1 . 错误 !未定义书签。 附录 2 . 错误 !未定义书签。 附录 1 5, 2005 in 005 in E a We of a to a to to as it of of a of to of is of of to of of s is by to be to s of in of a by up 0%. it is an to an is to a in is be by of In to it it be it be of of is an by It in to of is is at an to of to on as so do of is on in in a to in at on no is of we a be to in of a On of is a to on is It is to as of of As to us of we to be a we of so on go We of in a We to to of to us by so we be as in of to 2. he to ” of to be on of to be a to us to At 1. . no . . . . of in we a be . FD of of of At we to up a of to be of we in to we be to of in be in of on to be to It to to be or to be to an of we to of ” an of we to a we be . to a to we on of at a in to on in we on of 3. ur a to We of at to to us of a of of to us a to of a at of of us to to be a in to to of a of to by to we up to a or in of a to of of of us to of of it to of be by by or of on of an us of of on to of to of to be in on a to we to to us we to on a to We s to on in We of on of we to to in to a to of a r. we on a 4. he of in to to by in a 36 s to be on a a 5, of to 1. of in to to us r. to to up 0 in of of to be of in to of in to 1. to of to of it on of to in to in to a to to A to in to so of its on on a in to of so be it of in of on of in to on to of or so as to of it of of to in In of to be to be as as in to to to be to of of to be of a by It of a as as of so of be on so a 6V we to be by a to to be so a to it in of V 5. he a It is a of is to a of by It is by of ur to of to of as to is to A is to to of ow ur of by of is to in on of of . We a to of of ). to We a of of ) to to is of to to of 6. a 6V by to A of a of a 2V to it to up in to of in of to we to in in to as We to to be It to be to a in in it a 2 3 by to to be at it to be to of to in of a to be to to as of to of or of to us of 7. we of ME E We on a to We as we to a s of of As we we of is in of in of we to be to of of in on to a to to to heig 图书分类号: 密 级: 毕业设计 (论文 ) 自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计 F 学生姓名 张士新 学院名称 徐州工程学院 专业名称 机械设计及其自动化 指导教师 张建化 2008 年 6 月 2 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名: 日期: 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有 关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容,可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 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 1带动小齿轮 1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 2 带动小齿轮 2, 小齿轮 2 带 动齿圈和 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 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 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 州工程学院毕业设计 (论文 ) I 目 录 1 绪论 . I 题来源 . I 题背景 . I 源现状及发展 . I 国太阳能资源 . I 前太阳能的开发和利用 . 太阳能的特点 . 题研究的目的 . 究课题的意义 . 新环保能 源 . 提高太阳能的利用率 . 阳能利用的国内外发展现状 . 阳追踪系统的国内外研究现状 . 文的研究内容 . V 文结构 . V 2 太阳能自动跟踪系统总体设计 . V 阳运行的规律 . V 踪器机械执行部分比较选择 . 立柱转动式跟踪器 . 陀螺仪式跟踪器 . 齿圈转动式跟踪器 . 本课题的机械设计方案 . 踪方案的比较选择 . 视日运动轨迹跟踪 . 光电跟踪 . 视日运动轨迹跟踪和光电 跟踪相结合 . 本设计的跟踪方案 . 机械设计部分 . 阳能自动跟踪系统机械设计方案 . 一齿轮转动计算 . 材料选择 . 尺寸计算 . 校核计算 . 齿根弯曲疲劳强度验算 . 州工程学院毕业设计 (论文 ) 二齿轮转动计算 . 材料选择 . 尺寸计算 . 校核计算 . 齿 根弯曲疲劳强度验算 . 瓦校核计算 . 大轴瓦校核计算 . 小轴瓦校核计算 . 联接计算 . 主轴与大齿轮的键联接 . 小轴与齿圈的键联接 . 步进电机 1 输出轴与小齿轮 1 的联接 . 步进电机 2 输出轴与小齿轮 2 的联接 . 风性分析 . 底座上螺钉校核 . 轴校核 . 自动跟踪系统设计 . 统总体结构 . 电转换器 . 光电转换电路 . 片机 及其外围电路 . 片机 . 外围电路 . 进电动机及驱动电路 . 步进电动机介绍 . 步进电机的主要特性 . 步进电机的选择 . 驱动电路 . 统的实现 . 光敏电阻光强比较法 . 光敏电阻光强比较法的工作过程 . 系统的流程图 . 结论 . 论 . 望 . 州工程学院毕业设计 (论文 ) 谢 . 考文献 . 录 1 . 错误 !未定义书签。 附录 2 . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 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 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。 国太阳能资源 我国幅员广大,有着十分丰富的太阳能资源。 我国地处北半球欧亚大陆的东部,土地辽阔,幅员广大。我国的国土跨度从南到北 、 自西至东,距离都在 5000上,总面积达 960 104世界总面积的 7%,居世界第三位。 据估算 3,我国陆地表面每年接 收 的太阳辐射能约为 50 1018国各地太阳年辐射总量达 335 837KJ/A,中值为586KJ/A。从全国太阳年辐射总量的分布来看,西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大,那里平均海拔高度在 4000气层薄而清洁,透明度好,纬度低,日照时间长。例如被人们称为 “ 日光城 ” 的拉萨市, 1961 年至 1970 年的平均值,年平均日照时间为 对日 照为 68,年平均晴天为 ,阴天为 ,年平均云量为 阳总辐射为 816KJ/A,比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小,其中尤以四川盆地为最,那里雨多、雾多,晴天较少。例如素有 “ 雾都 ” 之称的成都市,年平均日照时数仅为 对日照为 26,年平均晴天为 天达 平均云量高达 它地区的太阳年辐射总量居中。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 目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: 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。日本经济企徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 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多个家徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 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。 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。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) V 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) 机械部分也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, 步进电动机以及驱动电路 。 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 ,步进电动机以及驱动电路 。 第五章 , 课题总结及展望 。 2 太
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