太阳能电池板自动跟踪系统设计

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1、第1章绪论第1章绪论1.1太阳能利用的前景当今，煤，石油，天然气等常规矿产能源，储量越来越少，世界各大经济体都面临能源危机。按照目前的开采和使用速度，己探明的矿产能源仅够人类再利用几十年，可以说，己经是处在日益枯竭的形势之下。为了能够获得更多的资源，在石油储量丰富的地区，一直以来冲突不断，而且有外部势力的干预。为了得到能源，保证经济这架大车的正常运转，不惜以战争为手段，以人民的生命为代价。中国，作为世界上最大的发展中国家，对石油的依赖程度很高。以2010年为例：海关总署公布的数据显示，2010年全年我国进口原油2.39亿吨，去年全年原油

2、产量2亿吨，对外依存度逼近55%。我国已经进入能源预警阶段。根据国家能源局的报告，到2010年中国已成为世界第一大能源消费国。其中,电力消费从2005年的2.5亿千瓦时增加到2010年的4.2亿千瓦时，年均增长11.1%；煤炭消费量从2005年的23.18亿吨增加到2010年的32亿吨,年均增长6.8%；石油消费从3.25亿吨增加到4.28亿吨，年均增长5.7%；天然气消费从468亿立方米增加到1090亿立方米，年均增长18.5%；非石化能源消费从1.6亿吨标准煤增加到2.6亿吨标准煤，年均增长10.1%。“十二五”期间我困能源消费总量

3、将增加8亿至1亿吨标准煤，年均增长4.8%至5.5%，到2015年能源消费总量达41亿至42.5亿吨标准煤。从以上的数据，很容易看出，完全依靠煤炭!石油等常规能源，是无法满足未来社会经济发展对于能源需求的[1]。另外一个方面，矿产能源在使用中产生的二氧化碳会造成温室效应；其它的废渣废气对环境造成了无法挽回的损失。即使是这些能源本身泄漏都会对环境造成危害，如石油管道损坏造成的石油泄漏。基于以上两个方而的原因，人类正在寻找更适合的能源。希望能够逐步取代常规的矿产能源。在填补现有能源不足的同时，也为保护环境做积极的改善。目前所开发和利用的新能

4、源主要有核能、风能、太阳能、潮汐能等。其中，风能、太阳能、潮汐能都是利用自然界原本的能力，主要是一个转换利用的过程。而核能的利用则是一把双刃剑，在高效的同时，人类也为它的使用付出了沉重的代价，切尔诺贝利核电站爆炸，日本福岛电站泄漏，这些情景都依然清晰。41第1章绪论太阳能是分布最广，也是最容易获取的“清洁”能源。人类很早就开始利用太阳能。随着温室气体排放以及能源枯竭等问题越来越严重，世界上越来越多的国家和地区开始重视太阳能的开发利用。相比其他新能源而言，太阳能具有安全、使用方便、范围广等特点[2]。其储量巨大，可以广泛地利用。每年到达地

5、球的太阳能可达1.73×1014Kw，其中到达地球表面的约为8.1×1013Kw。人类可以转化和利用的部分约为1.7×1013Kw。按照目前人类消耗能量的速度，每年的获取量都可以供人类使用几千年。对于人类而言，太阳就是一个取之不尽，用之不竭的能源基地，只要太阳东升西落不变，人类就可以一直获得充足的能源。即或是只利用照射到陆地部分的太阳能，也足够人类的使用了。随着技术的发展，突破技术瓶颈后，太阳能转换效率上提高，能够将大部分能量转换，再增大开发利用的规模，就可以更加广泛的利用太阳能了。太阳能的利用方式有很多种，目前太阳能的利用形式主要有光

6、热利用，光伏发电转换利用和光能化学转换利用三种形式。太阳能光伏发电作为太阳能利用的主要方式,发展应用前景非常广阔。太阳能的总能量非常大，但是平均密度不高，需要很大的面积才能获得较大的能量。太阳能利用的核心问题就在于两个方面：一是光伏电池的转换效率问题，即在接收太阳能时能将太阳能转换为电能的比例；二是太阳能板如何对准太阳，因为太阳与地球平面是相对运动的，且是在两个方向上运动，如何高效的跟踪上太阳就成为了一个问题。目前，在太阳能开发利用领域中，如何提高太阳能辐射的接收效率，依然是国内外相关领域的研究热点。而提高接收效率的重要途径之一就是进行

7、太阳的自动跟踪。当然，此方法是在光伏电池转换效率一定的基础上做的改善工作。太阳能自动跟踪系统就是利用太阳与地球相对运动的规律来进行定位跟踪的系统。太阳的视位置，在天空中的运动是可以测算的，每天东升西落，具体时刻对应的太阳的位置，是可以提前计算得到的。系统根据这种已知的位置，即可以通过调整系统自身的位置，使太阳能接收板始终对准太阳。太阳入射光线垂直地照射到太阳能电池接收板上时，太阳能的接收效率最高，所获得的能量也就最高。再将辐射能通过光伏设备转化为电能，集中起来方便人们的使用。1.2太阳能跟踪控制器的发展状况当前，各种类型的太阳能跟踪控制

8、系统，可以分为两类：机械跟踪系统和电控跟踪系统。机械跟踪系统一般为压差式。电控跟踪系统可分为光电传感式跟踪控制系统和视41第1章绪论日运动轨迹跟踪系统[3]。下面分别对这些系统作简要的介绍[4]：(1)压差