1、江海职业技术学院毕业设计 摘 要 太阳能是已知的最原始的能源，它干净、可再生、丰富，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景。但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及，如何提高太阳能利用装置的效率，始终是人们关心的话题，太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径，从而大大提高了太阳能的利用效率。 跟踪太阳的方法可概括为两种方式：光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整采光板的角度实现对太阳的跟踪。光电跟踪的优点是灵敏度高，结 构设计较为方便；缺点是受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云
2、遮住太阳的情况，会导致跟踪装置无法跟踪太阳，甚至引起执行机构的误动作。 而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪，所以本设计采用视日运动轨迹跟踪方法和双轴跟踪的办法，利用步进电机双轴驱动，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，实现对太阳的全天候跟踪。该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。该文主要从硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与实现。 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
3、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、信号转换电器、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照强度不相同时，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。 最后本文进行了总结，对未来做了展望。 关键词： 太阳能 ； 跟踪 ； 太阳能电板 /光敏电阻；单片机；步进电机 江海职业技术学院毕业设计 第一章 绪 论 1.1
4、 课题来源 太阳能是取之不尽，用之不竭的绿色新能源，随着我国国民经济的飞速发展，太阳能越来越被广泛地利用，它主要有一下利用方式： 太阳能热发电：主要是把太阳的能量聚集在一起，加热来驱动汽轮机发电。太阳能光伏发电：将太阳能电池组合在一起，大小规模随意。可独立发电，也可并 网发电。太阳能水泵：正在取代太阳能热动力水泵，九十年代我国研制的 2 5kW 光伏水泵在新疆运用 。 太阳热水器：我国自从 1958 年研制出第一台热水器后，经过四十多年的努力，我国太阳热水器产、销量均占世界首位。 本课题就是根据现有的太阳能采光不足，采光系统相对固定，不能充分利用太阳能能源，我们提出了太阳能跟中系统，随着太阳光
5、照热量时间等因数自动调整角度吸收最大的能量，来设计太阳能自动系统。 1.1.1 能源现状及发展 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。 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、水利能、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列正在显著地提高。据统计， 20 世纪 90 年代，全球煤炭和石油的
6、发电量每年增长 1%，而太阳能发电每年增长 20%，风力发电的年增长率更是高达 26%。预计在未来的 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。 1.1.2 我国的太阳能资源 我国年日照时数多在 1400-3200 小时之间，大致以秦岭 -淮河、川西山地为界，其东南 年日照时数多在 2200 小时以下，其西北在 2200 小时以上。川黔地区平均年日照时数 1400 小时以下，其中，四川宝兴 826.4 小时，峨眉 946.8 小时，马边 951.5 小时，云南盐津 952.1 小时
7、等，是我国年日照最少的台站。锡林浩特、呼和浩特、银川、西宁、拉萨一线以西北，平均年日 照时数多在 3000 小时以上，其中青海冷湖 3553.9 小时，内蒙古达来库布 3443.2 小时，哈日奥日布格及西藏定日 3393.3 小时，新疆哈密 3359.1 小时等，是我国年日照最多的台站。 我国平均年日照百分率分布趋势与年日照时数相似。大致 大致以秦岭 -淮河、川西山地之江海职业技术学院毕业设计 东南， 年日照百分率在 50以下，其中川黔地区 30以下，云南盐津及四川马边 21，峨眉 22。锡林郭勒以西的内蒙古高原和柴达木盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地大部分地区，平均年日照百分率大于 70，其中青
8、海冷湖 80，内蒙古哈日奥日布格 77，新疆哈密 76，西藏高原大部分地区年日照百分率 60%以上，定日 77%。 （一 ）太阳总辐射 我国年总辐射量约 33108-83108/m2 之间。其分布，大体是西部大于东部。西部以青藏高原年总辐射量最大（ 70108J/m2），东部以川 1 黔地区年太阳总辐射量最小（ 40108J/m2） . 太阳总辐射量由直达辐射和散射辐射 2 个分量组成，而这两个分量比列各地不同，青藏高原和西北干旱地区，年中云量和水汽不多，散射辐射少而直达辐射多、青藏高原直达辐射占年总辐射的 70，新疆和内蒙古地区占 60-65。长江流域和东南沿海，直达辐 射与散身辐射几乎相等
9、。西南地区云量多，水汽丰富，直达辐射仅占年总辐射量的 40%。 （二 ）太阳能分区 为了开发利用我国太阳能资源，王炳忠 1983 年作出中国太阳能资源利用区划，在此基础上，盛承禹（ 1986 年）坐了较简化的我国太阳能分区。下面主要介绍盛氏分区。 一级区以年总辐射量为指标，二级区以日照百分率出现峰值的季节为标志（峰值在春季以 A 表示，夏季以 B 表示，秋季以 C 表示，冬季以 D 表示），全国分为 4 区 11 副区。 区为太阳能丰富区，年总辐射量 62.0108J/m2，包括锡林浩特 -银川、玉树 -西藏朗县以西、天山以 南的区域。其中， IB1 副区为内蒙古日照百分率夏季峰值区， IA
10、副区为塔里木日照百分率春季峰值区， IB2 副区为青藏高原日照百分率夏季峰值区。 区为太阳能较丰富区，年总辐射量 50108-62108J/m2，包括天山以北区域和内蒙古高原东部，渤海沿岸平原、晋北、陕北、宁夏和甘肃的一部分、川西山地、西藏东南部等区域。其中 D 副区为新疆北部日照百分率冬季峰值区。 B1 副区为内蒙古东部、渤海沿岸平原、晋北等地日照百分率夏季峰值区， A 副区为陕北和宁夏、甘肃的一部分等地日照百分率春季峰值区， B2 副区为川西山地、西 藏东南等地日照百分率夏季峰值区。 区为太阳能可利用区，年辐射总量 42108-50108J/m2，包括东北和内蒙古呼伦贝尔等区域，以及华北南部、东南沿海平原及丘陵、云南、西藏东南部等区域。其中， B1 副区为东北和内蒙古呼伦贝尔日照百分率夏季峰值区， A 副区为华北南部、东南沿南平原及丘陵日照百分率春季峰值区， B2 副区为滇、藏东南日照百分率夏季峰值区。 区为太阳能贫乏区，年辐射总量 42108J/m2，主要在川黔区域。其中， C 副区为川西日照百分率秋季峰值区， D 为川东、贵州的大部分、桂北及湘西的一部分 等地日照百分率冬季峰值区。 1.1.3 目前太阳能的开发与利用 人类直接利用的太阳能有三大技术领域，即光热转换、光电转换和光学转换，此外，还
