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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
Abstract
Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed.
First, the mechanical part is designed.
Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together.
Second, control system part is designed.
Control system mainly includes the sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection system is used to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances received different light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors.
Keywords Solar energy Tracking Photosensitive resistance SCM Stepping motor
目录
1绪论............................................................................................................................................... I 1.1课题来源................................................................................................................................. I 1.2课题背景................................................................................................................................. I
1.2.1能源现状及发展............................................................................................................... I
1.2.2我国太阳能资源............................................................................................................... I
1.2.3目前太阳能的开发和利用............................................................................................. II
1.2.4太阳能的特点................................................................................................................. II
1.3课题研究的目的................................................................................................................ II 1.4研究课题的意义................................................................................................................... II
1.4.1新环保能源..................................................................................................................... II
1.4.2提高太阳能的利用率.................................................................................................... I II 1.5太阳能利用的国内外发展现状.......................................................................................... I II 1.6太阳追踪系统的国内外研究现状...................................................................................... I V 1.7论文的研究内容................................................................................................................... V 1.8论文结构............................................................................................................................... V 2太阳能自动跟踪系统总体设计................................................................................................. V
2.1太阳运行的规律................................................................................................................... V 2.2跟踪器机械执行部分比较选择.......................................................................................... V I
2.2.1立柱转动式跟踪器........................................................................................................ V I
2.2.2陀螺仪式跟踪器.......................................................................................................... VII
2.2.3齿圈转动式跟踪器...................................................................................................... VII
2.2.4本课题的机械设计方案............................................................................................. VIII 2.3跟踪方案的比较选择....................................................................................................... VIII
2.3.1视日运动轨迹跟踪........................................................................................................ I X
2.3.2光电跟踪........................................................................................................................ I X
2.3.3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合........................................................................ X I
2.3.4本设计的跟踪方案...................................................................................................... XII 3机械设计部分......................................................................................................................... XIII 3.1太阳能自动跟踪系统机械设计方案............................................................................... XIII 3.2第一齿轮转动计算........................................................................................................... XIII
3.2.1材料选择..................................................................................................................... XIII
3.2.2尺寸计算..................................................................................................................... XIII
3.2.3校核计算..................................................................................................................... X IV
3.2.4齿根弯曲疲劳强度验算.............................................................................................. XV
3.3第二齿轮转动计算......................................................................................................... XVII
3.3.1材料选择................................................................................................................... XVII
3.3.2尺寸计算................................................................................................................... XVII
3.3.3校核计算................................................................................................................... XVII
3.3.4齿根弯曲疲劳强度验算............................................................................................. X IX 3.4轴瓦校核计算.................................................................................................................... XX
3.4.1大轴瓦校核计算.......................................................................................................... XX
3.4.2小轴瓦校核计算....................................................................................................... XXII 3.5键联接计算.................................................................................................................... X XIV
3.5.1主轴与大齿轮的键联接.......................................................................................... X XIV
3.5.2小轴与齿圈的键联接............................................................................................... XXV
3.5.3步进电机1输出轴与小齿轮1的联接................................................................... XXV
3.5.4步进电机2输出轴与小齿轮2的联接................................................................... XXV 3.6抗风性分析.................................................................................................................... X XVI
3.6.1底座上螺钉校核...................................................................................................... X XVI
3.6.2轴校核...................................................................................................................... X XVI 4自动跟踪系统设计............................................................................................................. X XVII
4.1系统总体结构............................................................................................................... X XVII 4.2光电转换器................................................................................................................. XXVIII
4.2.1光电转换电路....................................................................................................... XXVIII 4.3单片机及其外围电路.................................................................................................... X XIX
4.3.1 AT89C51单片机...................................................................................................... X XIX
4.3.2外围电路.................................................................................................................. X XXI 4.4步进电动机及驱动电路............................................................................................... X XXII
4.4.1步进电动机介绍..................................................................................................... X XXII
4.4.2步进电机的主要特性............................................................................................. X XXII
4.4.3步进电机的选择................................................................................................... XXXIII
4.4.4驱动电路............................................................................................................... XXXIV 4.5系统的实现.................................................................................................................. XXXV
4.5.1光敏电阻光强比较法............................................................................................ XXXV
4.5.2光敏电阻光强比较法的工作过程....................................................................... XXXVI
4.5.3系统的流程图...................................................................................................... X XXVII 5结论................................................................................................................................... XXXIX 5.1结论............................................................................................................................. XXXIX 5.2展望............................................................................................................................. XXXIX
致谢.............................................................................................................................................. X L 参考文献.................................................................................................................................... XLI 附录1 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。附录2 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
1绪论
1.1课题来源
模拟生产实际课题:太阳能自动跟踪系统设计。
1.2课题背景
1.2.1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[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。
1.2.2我国太阳能资源
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5000km以上，总面积达960×104km，占世界总面积的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50×1018KJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837KJ/cm2·A，中值为586KJ/cm2·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4000m以上，大气层薄而清洁，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3005.7h，相对日照为68％，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8，太阳总辐射为816KJ/cm2·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1152.2h，相对日照为26％，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云量高达8.4。其它地区的太阳年辐射总量居中。
1.2.3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。
1.2.4太阳能的特点
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。
1.3课题研究的目的
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。
1.4研究课题的意义
1.4.1新环保能源
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]。
1.4.2提高太阳能的利用率
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37.7%，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。
1.5太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49.1%，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3.3万千瓦。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
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2.7亿升取暖用油。
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PV（光伏发电）发展计划，在2000年和2020年的太阳能光电总容量将分别达到6.6万千瓦和30万千瓦。在联网阳光电站建设方面，计划2020年前建成5座MW级阳光电站。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。
1.6太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ATM两轴跟踪器[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。
1.7论文的研究内容
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。
1.8论文结构
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太阳能自动跟踪系统总体设计
2.1太阳运行的规律
由于地球的自转和地球绕太阳的公转导致了太阳位置相对于地面静止物体的运动。这
前言 太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，由于它集开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活条件于一体，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术，因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现，我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。 太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他负载使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合，应用十分广泛。
1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统，安装在客户工厂的屋顶上，用于演示光伏阵列采取跟踪模式和固定模式时发电的情况，待客户参考后再设计一套发电量更大的系统，向工厂提供生产生活用电。本系统建成后将为客户产品做出很好的宣传，系统会直观的显示采用跟踪系统后发电总量的提升情况。 1.2光伏发电系统的要求 因本系统仅是一个参考项目，所以这里就只设计一个2.88kWp的小型系统，平均每天发电5.5kWh,可供一个1kW的负载工作5.5小时。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 江阴市位于北纬31°40’34”至31°57’36”，东经119°至120°34’30”。气候为亚热带北纬湿润季风区，冬季干冷多晴，夏季湿热雷雨。年降水量1041.6毫米，年平均气温15.2℃。具有气候温和、雨量充沛、四季分明等特点。其中4月-10月平均温度在10℃以上，最冷为1月份，平均温度2.5℃；最热月7月份，平均温度27.6℃。
太阳能跟踪器的工作原理 一工作原理 “太阳光寻迹传感器”安装在太阳能装置上，根据太阳光的位置，驱动电机，带动机械转动机构，始终跟随太阳位置运动。当太阳偏转一定角度时（一般5--10分钟左右），控制器发出指令，转动机构旋转几秒钟，到达正对太阳位置时时停止，等待下一个太阳偏转角度，一直这样间歇性运动；当阴天或晚上没有太阳出现时停止动作；只要出现太阳它就自动寻找并跟踪到位，全自动运行，无需人工干预，东西向、南北向二维控制，也可单方向控制，使用电源直流12伏，技术指标 1. 跟踪起控角度:1°--10°（不同应用类型） 2. 水平（太阳方位角）运行角度：Ⅰ型0°--360°，Ⅱ型-20°-- +200° 3. 垂直（太阳高度角）调整角度：10°--120°（太阳光与地面夹角） 4. 传动方式：丝杠、涡轮蜗杆、齿轮 5. 承载重量:10Kg-- 500Kg 6. 系统重量：2 Kg--500Kg 7. 电机功率：0.4W--15W 8. 电源电压 DC6V--24V 9. 运行环境温度： -40--85℃ 10.运行时间≥10万小时 11.室外全天候条件运行现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比
太阳能空调工作原理,太阳能空调优点 每当在夏天，空调的耗电量几乎是整个电力系统耗电量的三分之一，这是夏季电力系统不堪重负的原因之一。因此太阳能空调从一开始就具有很大的诱惑力。利用太阳能致冷与一般电力致冷原理相同，只是所用能源不同，因此带来一些结构上的变化。目前太阳能致冷的方法有多种类，如压缩式致冷、蒸汽喷射式致冷、吸收式致冷等。 Part1：太阳能空调工作原理 No1:太阳能制冷，其实就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。
No2:热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数(亦称COP)越高，这样系统的制冷效率也越高。例如，若热媒水温度60℃左右，则制冷机COP约0~40；若热媒水温度90℃左右，则制冷机COP约0~70；若热媒水温度120℃左右，则制冷机COP可达110以上。 No3:系统兼顾供热和制冷两个方面的应用，综合办公搂、招待所、学校、医院、游泳池、水产养殖、家庭等，都是理想的应用对象。 No4:冬季乃至全年均需要供热，如生活热水、采暖、游泳池水补热调温等，而夏季又需要冰凉世界，以太阳能热水制冷，就是一座中央空调。 No5:当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。这是由于发达国家的空调能耗在全年民用能耗中占有相当大的比重，利用太阳能驱动空调系统对节约常规能源、保护自然环境都具有十分重要的意义。 Part2：太阳能空调优点
No1:太阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致； No2:传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而制冷机以无毒、无害的水或溴化锂为介质，它对保护环境十分有利； No3:太阳能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。 以上就是太阳能空调工作原理及其优点的一个介绍，太阳能空调系统可以发挥夏季制冷、冬季采暖、全年提供热水的综合优势，相信在将来，太阳能空调会变得越来越广泛，把人类的能源积极使用起来。可以节约能源，保护环境！
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
Abstract Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. First,the mechanical part is designed. Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rayshas a deviation, small gear arerotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together. Second, control system part is designed. Control system mainly includesthe sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection systemisused to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances receiveddifferent light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors. Keywords Solar energyTrackingPhotosensitive resistance SCMSteppingmotor
太阳能空调系统构造及工作原理 时间:2009-01-06 18:52来源: 作者: 点击:236次 核心提示: 热管式空调制冷系统由集热器、溴化锂吸收制冷系统、数台循环泵、蓄热的水箱、辅助电加热器、两个冷却器和连接管路等辅助器件以及控制系统组成。循环水由循环泵输入水箱，热管吸收太阳能在水箱加热循环水，水的温度升高，由另一台循环泵输送到溴化锂吸收式 热管式空调制冷系统由集热器、溴化锂吸收制冷系统、数台循环泵、蓄热的水箱、辅助电加热器、两个冷却器和连接管路等辅助器件以及控制系统组成。循环水由循环泵输入水箱，热管吸收太阳能在水箱加热循环水，水的温度升高，由另一台循环泵输送到溴化锂吸收式制冷装置的发生器，将热量释放给发生器，水返回水箱。吸收器的冷却水由循环水泵输送到空气冷却器循环冷却，冷凝器产生的热量，由另一台循环水泵输送到另一个空气冷却器(大型的可考虑用冷却塔)。整个空调系统由三个流通环路组成，即发生器流通环路、制冷水流通环路和冷却水流通环路。各流通环路流量、温度都由流量计与温度传感器测定。辅助电加热器则是在夜间或集热器工作不正常时加热水以保证制冷效果。 4、性能分析 集热器是利用制冷的关键部件，它的集热性能好坏在很大程度上决定了系统制冷过程总的COP值。但是，实用性好的太阳能集热器除了要考虑制冷过程的COP值，还要考虑工作时的稳定性、安全性、维护管理难度以及使用寿命等因素。目前，家用型集热器，很大部分采用的是全玻璃真空集热管的，它的突出特点是四季可用、保温时间长、使用寿命长、产量大价格低。但是缺点也很明显，主要体现在真空集热管上。由于真空管一端封口，另一端插入水箱内，形成冷热水均在管内自然循环，循环阻力相当大。同时，每支真空管内容热水大，不能放出加以利用，使得其平均热效率低。真空管的空晒温度最高可达270℃，如果空晒时间过长而突然加水，会由于温度骤变，将玻璃真空管炸裂。真空管在夏季可将水温升至90℃，因此管内结垢严重，对吸热和传热影响较大。 如果把全玻璃真空集热管用作吸收式空调制冷装置的太阳能集热管，热效率低和生产的热水温度低(一般低于90℃)，将使吸收式空调制冷系统制冷效果下降甚至不能制冷。而采用热管作为太阳能集热管，虽然存在着价格相对较高；冷凝端会结垢，需要定期清理；玻璃管或热管一旦受损，必须整体更换等缺点。但是热管内不会走水，冷凝端如果结垢只需采用简单措施即可去除；热管内的工质很少，不易冻裂，抗冷热冲击性好；生产的热水温度高等诸多优点。采用热管作为集热管，具有较高的经济性和实用性。 热管吸收式空调制冷系统中的关键部件除了热管以外，冷凝器与蒸发器的性能对系统的高效运行亦非常重要。冷凝器的冷凝方式和结构类型是一个不容忽视的部分，主要的冷凝方式为冷却水在冷凝器吸热，由水泵输送到外部空气冷却器放热，并往复循环。对于冷凝器，可以采用较大口径的高肋翅片管来强化冷却制冷剂气体，提高冷凝器冷凝效果。对蒸发器而
太阳能自动跟踪系统的设计 1引言 开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展最快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求(见图1)。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。 所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。 图1 太阳能的收集装置现场 从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。 从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：北京市发电系统设计 课程：太阳能光伏发电系统设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气0703 姓名：严小波 指导教师：夏扬 完成日期： 2011年3月11日
目录 1光伏软件Meteonorm和PVsyst的介绍---------------------------------------------3 1.1 Meteonorm--------------------------------------------------------------------------3 1.2 PVsyst-------------------------------------------------------------------------------4 2中国北京市光照辐射气象资料-------------------------------------------------------11 3独立光伏系统设计----------------------------------------------------------------------13 3.1负载计算（功率1kw，2kw，3kw，4kw，5kw）-----------------------------13 3.2蓄电池容量设计（电压：24V，48V）----------------------------------------13 3.3太阳能电池板容量设计，倾角设计--------------------------------------------13 3.4太阳能电池板安装间隔计算及作图。-----------------------------------------16 3.5逆变器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.6控制器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.7系统发电量预估--------------------------------------------------------------------18
目录 (一)相关专利---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 （二）详细介绍汽车空调工作原理------------------------------------------------------------------------------- 2 （三）汽车太阳能空调的原理与构造---------------------------------------------------------------------------- 5 (一)相关专利 内置式汽车太阳能空调系统 申请号：200620096205.5 申请日：2006.04.18 名称：内置式汽车太阳能空调系统 公开(公告) 号：CN2890749 公开(公告)日：2007.04.18 主分类号：F24J2/00(2006.01)I 分案原申请号： 分类号：F24J2/00(2006.01)I;F25B21/02(2006.01)I;B60H1/32(2006.01)I;B60R16/04(2006.01)I 颁证日：优先权： 申请(专利权)人：黄国宏 地址：430080湖北省武汉市青山区冶金街23街81门15号 发明(设计)人：黄国宏国际申请： 国际公布：进入国家日期： 专利代理机构：武汉楚天专利事务所代理人：石坚 摘要 本实用新型公开了一种内置式汽车太阳能空调系统，涉及轿车类小车的空调系统。太阳能电池设置在后挡风玻璃内侧，与后挡风玻璃的角度相适应；主机设置在后座之后的空间内，太阳能电池与主机中的制冷半导体有电线相连，制冷半导体的热端与设置在后备箱方向的散热器紧贴，制冷半导体的冷端与设置在车箱方向的冷凝器紧贴，风扇设置于自然风进口内，风扇设置于冷风出口内。所述的太阳能电池是可折叠的。所述的防晒隔热膜设置在前挡风玻璃内侧。所述的防晒隔热膜是可卷曲收-放的。主机的热风出口有管道与车箱外大气相连。本实用新型设计合理，结构简单，采用太阳能电池和半导体制冷，不产生环境污染，节约能源，为车内制造了凉爽、舒适的环境。 汽车太阳能空调 申请号： 200920238424.6 申请日： 2009.11.04 名称：汽车太阳能空调 公开 (公告) 号： CN201561515U 公开(公告)日： 2010.08.25
太阳能自动跟踪系统的设计 解决方案： 跟踪系统驱动器接口电路 步进电机驱动电路 限位信号采集电路 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。 系统总体设计 本文介绍的是一种基于单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统，系统主要由平面镜反光装置、调整执行机构、控制电路、方位限位电路等部分组成。跟踪系统电路控制结构框图如图1所示，系统机械结构示意图如图2所示。
任意时刻太阳的位置可以用太阳视位置精确表示。太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。上位机负责任意时刻太阳高度角和方位角的计算，并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向的步进电动机运行的步数，将数据送给跟踪系统驱动器，单片机接收上位机送来的数据，驱动步进电机的运行。系统具有实现复位、水平方位的调整，俯仰方向的调整，太阳的跟踪及手动校准等功能。 硬件电路设计 1跟踪系统驱动器接口电路
太阳能光伏发电设计思路
摘要：简要介绍太阳能光伏发电系统设计思路和组成光伏系统器件选型方法，分析和研究太阳能光伏发电的热点和核心技术。 前言：当今世界，能源是促进经济发达与社会进步的原动力。目前所使用之主要能源为化石能源，然而其蕴藏量有限，且在开发过程造成空气污染、环境破坏，积极开发低污染及低危险性的新能源乃为迫切需要。 太阳能发电是指太阳能光伏发电，光伏发电是利用半导光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。太能是一种非常理想的干净、安全且随处可得的清洁能源，因此各国均不断地研发各种相关技术，藉以提高系统发电效率并降低发电成本，推广普及使用太阳能。
第一部分 太阳能电池发电系统原理 太阳能电池发电系统（又称光伏发电系统），从大类上分为 独立（离网）和并网光伏发电系统两大类。 目前应用比较广泛的光伏发电系统，主要是在偏远地区可以 作为独立的电源使用，也可以与风力发电机或柴油机等组成混合发电系统，在城市太阳能光伏建筑集成并网发电得到了快速发展，光伏发电与建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电，大大减轻公共电网的压力，就近向电网输送电力。 1.1独立的电源使用（光伏离网发电系统） 太阳能光伏组件组成太阳电池方阵，在充足情况下，一方面给负载供电（直流负载，若交流负载需要逆变器），另一方面给蓄电池组充电，晚上依靠蓄电池组放电供负载使用（如下图示意）。 图1-1直流负载光伏发电示意图 在方阵工作时，阻塞二极管防止向电池方阵反充电，止逆二极管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为0.60.8V ；肖特基或锗 太阳电池方阵 控制器 负载 阻塞二极管 蓄电池
吉林铁道职业技术学院 电子制作职业技能大赛（论文） 题目太阳能自动跟踪装置设计
参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系 指导教师陈冬鹤 完成时间2013年5月26日
吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告 题目：太阳能自动跟踪装置设计 主要内容、基本要求等： ◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。 ◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变 化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。 2，实现一定的姿态控制精度。 3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。 ◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。 完成日期：2013年5月26日 指导教师：陈冬鹤 实验组组长：王志会 2013年 6 月 5 日
太阳能自动跟踪装置 研制目的 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，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。
一自动跟踪系统整体设计 1.1 系统总体结构 本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示： 1.2 光电转换器
太阳能空调的研究与发展 中国科学院能源研究所季戬洪马伟斌江晴 一、引言 顾名思义，太阳能空调是以太阳能作为制冷空调的能源。利用太阳能制冷可以有两条途径，一是利用光伏技术产生电力，以电力推动常规的压缩式制冷机制冷；二是进行光-热转换，用热作为能源制冷。前者系统比较简单，但以目前先电池的价格计算，其造价为为后者的 3-4倍；后者除了供冷之外，还结合供热利用。因此国外的太阳能空调系统通常以第二种为主。 二、发展太阳能空调应用的基础和意义 1．1太阳能利用的合理性 一般的太阳能热利用项目，如采暖、热水等，在需求上其实与太阳能的提供并不完全一致：当天气越冷、人们越需要温暖的时候，太阳能量的提供往往不足。从这个角度来看，太阳能空调的应用是最合理的：当太阳辐射越强。天气越热的时候，我们需要空调的负荷也越大。这是太阳能空调应用最有利的客观因素。 1．2太阳能空调的市场基础 太阳能热水器在国市场迅猛发展，全国太阳能热水器的使用量已超过1000万平方米近年来每年增长超过200万平方米，由此可见，太阳能热水器的使用量和需求量都非常大，市场前景非常好。另一方面，空调的需求也是一个巨大的市场。如果把供热与空调结合起耘将是一个更加理想的方案。这是太阳能空调实现推广应用的市场基础。 1．3太阳能空调的技术基础 太阳能制冷空调的关键技术已经成熟。（1）在太阳能集热器方面，真空管集热器、平板集热器都已经在市场上推广应用；（2）在制冷机方面，溴化锂吸收式制冷机在九十年代大量地进入了市场。中国科学院能源研究所研制的低温热水型两级吸收式淡化侄制冷机，热源温度只需60℃以上，特别适合于太阳能的利用。（3）在系统方面，已经积累了丰富的经验。因此，太阳能空调应用在技术上是可行的。 1．4太阳能空调的经济性
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。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。本设计采用光电跟踪的方法，利用步进电机双轴驱动，由光电传感器根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到微机处理器。微机处理器运行程序，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。采用单片机来实现的太阳能追踪系统能有效提高太阳板的光电转化效率，并具有较广泛的应用前景。 关键词：太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机
Abstract Solar energy is known as the most primitive energy, and it is clean, renewable, rich, and wide distribution and has wide prospects of use. But the solar energy utilization efficiency is low; the problem has been influencing and hindering the popularity of solar energy technology. Solar energy to be automatic tracking system designed to solve the problem provide the new way，which greatly improve the efficiency in the use of solar energy. This design uses the photoelectric tracking method, and use the stepping motor driver, by photoelectric sensor incident, then the strength of the light’s changes produce feedback signals to the computer processor, and computer processor will run the program, through the horizontal tracking mechanism and pitch two degrees of freedom control to adjust the angle of solar panels to achieve the tracking of the sun. Solar tracking system by single chip microcomputer to achieve can improve the efficiency of conversion of photoelectric solar panels, and has a broad prospect of application. Key words: Solar energy；Tracking；Photosensitive diode ；SCM；Stepping motor
太阳能光伏照明控制系统的硬件电路项 目设计方案 1.1概述 传统的化石能源资源日益枯竭，严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。能 源的需求有增无减，能源资源已成为重要的战略物资，化石能源储量的有限性是发展可 再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能 源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有 41年，其年占世界能源总消 耗量的40.5%,国内剩余可开采年限为15年；天然气剩余可采年限61.9年，其年占世 界能源总消耗量的24.1%，国内剩余可开采年限30年；煤炭剩余可采年限230年，其 年占世界能源总消耗量的25.2%，国内剩余可开采年限81年；铀剩余可采年限71年, 其年占世界能源总消耗量的 7.6%，国内剩余可开采年限为50年。 太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再生能源，因此，世界各国都把太阳能 光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向，制定了相应的导向政策。在光伏发 电的历史上，最早规模化推广的是日本，而后是德国，再发展到现在大力推广的包括美 国、西班牙、意大利、挪威、澳大利亚、韩国、印度等超过 40个国家与地区，如日本 “新阳光计划”、欧盟“可再生能源白皮书”，以及美国国家光伏发展计划、百万太阳能 屋顶计划、光伏先锋计划等的相继推出，成为近年来推动太阳能光伏发电产业的主要动 力。根据欧盟的预测：到2030年太阳能发电将占总能耗10%以上，到2050年太阳能发 电将占总能耗20% 1.2光伏照明系统的结构 光伏照明系统主要由五大部分组成，即太阳能电池、蓄电池、控制器、照明电路、 负载，如下图1-1所示。 在系统中，控制器是整个系统的核心。它控制蓄电池的充电及蓄电池对负载的供电, 对蓄电池性能、使用寿命有非常大的影响。目前，光伏系统主要由于控制器控制蓄电池 充电方式不合理，降低了蓄电池寿命而导致整个系统可靠性不高，因此，在控制器的设 计中采用什么样的充电 图1- 1光伏系统组成框图
1.绪论 1.1课题背景 由于现今高科技环境下，能源是促进经济发达和社会进步的原动力。从工业革命以来，人类所使用的主要能源为石化能源，然而其蕴藏量有限，大量使用造成全球环境生态和气候产生莫大的变化，同时大气中的温室气体浓度大幅提高，造成气温逐渐升高、海平面上升等温室效应的现象，威胁了我们生存的环境。因此在环保意识抬头的今日，积极开发低污染及低危险性能源乃为迫切的需要。 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，但是人们对核能及太阳能，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的提高。据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长1%，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，可持续能源将与矿物燃料相抗衡，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。1.1.1我国太阳能资源 我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。我国的国土跨度从南到北、自西至东，距离都在5000km以上，总面积达960×10 km2，占世界总面积的7%，居世界第三位。据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50×10kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837KJ/cm2A，中值为586KJ/cm2A。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4000m以上，大气层薄而清洁，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3005.7h，相对日照为68％，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8，太阳总辐射为816KJ/cm2A，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
目 录 一、太阳能空调系统简介 二、开思拓太阳能空调系统项目介绍 2.1 采用的主要技术 2.1.1 金属——玻璃热压封真空管太阳能集热器 2.1.2 小型溴化锂吸收式制冷机 2.1.3 毛细管辐射吊顶 2.1.4 毛细管重力循环柜 2.1.5 新风处理方案 2.2 太阳能空调系统制冷系数(COP)计算及节能性分析 三、太阳能空调下一步研究的要点和进入推广阶段的必备条件
一、太阳能空调系统简介 在世界能源日益紧张，各种能源价格飞涨的形势下，各国都将眼光投向了太阳能，一则太阳能是可再生能源，取之不尽；再则，太阳能对环境友好，无污染，对人类的生存环境无危害。当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究，据调查，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。利用太阳能驱动空调系统对节约常规能源、保护自然环境都具有十分重要的意义。 空调的耗电量约占整个电力系统耗电量的三分之一，为缓解夏季用电量，太阳能空调从一开始就具有很大的吸引力。利用太阳能制冷与一般电力制冷原理相同，只是所用能源不同，太阳能空调利用热来制冷，省去了常规空调系统压缩机的电耗。将太阳能用于空调制冷领域，才刚刚拉开序幕，随着能源政策对清洁能源的倾斜，太阳能空调的推广普及前景非常美好。 太阳能空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成，兼顾供热和制冷两个方面的应用，可广泛应用于办公搂、别墅、学校、医院、酒店、游泳池、公寓等，为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。 太阳能空调的工作原理： 太阳能空调，就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水进行制冷。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数(亦称COP)越高，这样空调系统的制冷效率也越高，制冷量越大。 太阳能空调的优点： (1).太阳能空调的季节适应性好，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大， 当太阳辐射越强、天气越热的时候，需要空调的负荷也越大，而此时太阳能空调的制冷量也越大，而这正好与人们对夏季空调的迫切要求相匹配； (2).环境无污染，传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，对大气层有极大的破坏 作用，而太阳能吸收式制冷机以无毒、无害的水和溴化锂为介质，对大气环境无影响； (3).经济性好，太阳能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和全年提供热水相结 合，显著提高太阳能空调系统的利用率和经济性；
太阳能自动跟踪机械装置 11 310 9A—A4 15 8 2147 16AA 513 171612 1118 太阳能自动跟踪装置原理图 1-支座;2-支柱;3-电池板支架;4-销轴;5-减速箱体;6、15-主轴;7-丝杆;8-横支架;9、18-电机;10-减速器;11-铰链;12、13-齿轮;14-连接轴;16-蜗轮;17-蜗杆1(东西方向跟踪 在减速箱体5内安装由电机18、齿轮12、13、蜗轮16、蜗杆17构成的传动机构。齿轮13固定在连接轴14中部，连接轴通过轴承安装在减速箱体上，蜗轮16固定在主轴6的上端，主轴通过轴承安装在减速箱体上，主轴的下端固定在支座1上，支柱2的下端固定在减速箱体上，支柱2的上端通过销轴4与电池板支架连接。电机18通过齿轮12、13带动蜗杆17转动，并带动减速箱体、电池板支架转动，完成东西方向的跟踪。 2(南北方向跟踪
支柱2上设置一个横支架8，横支架8端部铰接一个减速器10，减速器中设有蜗杆(图中未画出)与电机9相连，蜗杆与设在减速器中的蜗轮啮合，蜗轮中心设有螺孔与丝杆7连接配合，丝杆7的一端通过铰链11与电池板支架连接。电机9通过蜗轮蜗杆、丝杆螺孔机构，带动电池板支架转动，完成南北方向的跟踪。 俯仰跟踪控制。动力源电机1通过联轴器7带动蜗杆8与蜗轮9啮合运动,蜗轮9与齿轮10同轴,经过齿轮10与11的啮合运动,带动与齿轮11同轴的支架12转动,从而实现与支架12固接的硅光电池板13达到仰俯运动跟踪的目的。周转跟踪控制。动力源电机6通过联轴器5带动蜗杆4与蜗轮3啮合运转,从而带动与蜗轮3同轴固联的上箱2实现周转运动,因仰俯控制的传动机构都装在上箱2内,从而达到硅光电池板周转运动跟踪的目的。 两轴分别由两个电机控制，图a表示电机1输出轴连接固定在转台上的减速器1输入轴，减速器1输出轴连接小齿轮，大齿轮固定，当电机转动时驱动小齿轮绕
太阳能空调系统的特点及应用 发表时间：2018-07-05T14:31:15.610Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第5期作者：李亮 [导读] 太阳能空调系统的应用还不是很广泛，相信在不远的将来，太阳能空调系统势必在建筑领域发挥更大的作用。 中铁第四勘察设计院集团有限公司 摘要：太阳能是清洁可再生能源，将其应用到空调系统中可大大降低建筑能耗，减少对环境的污染，符合可持续发展战略，具有良好的社会效益。太阳能空调系统构成复杂，设备投资较高，但运行费用低，具有较好的经济效益。本文从工作原理、系统组成等方面简要论述了太阳能空调系统。 关键词：太阳能可再生能源建筑能耗可持续发展战略太阳能空调系统经济效益 0 引言 太阳能储量丰富，清洁安全，是一种很好的自然能源，是未来人类首选的能源之一。从70年代后期开始，太阳能利用技术迅速发展，太阳能空调技术也随之出现。我国每年日照时间约在2000—3300h，平均每年总辐射能量约在300-800MJ/m2（1）。在一天中太阳辐射最强的时候也是空调负荷基本达到最大的时候，所以用太阳能驱动空调可以很好的满足制冷需求。研究发现，夏季太阳辐射越强、天气越热，建筑负荷越大，太阳能空调的制冷效果越好。而采用太阳能作为主要驱动能源、采用氨或水或其它自然物质作为工质的太阳能制冷与太阳能直接供暖技术正是符合节能和环保要求的技术。一方面使用太阳能驱动制冷空调装置以及采暖装置，可以节省对常规能源的消耗，也减轻了采用常规能源带来的对环境的压力；另一方面，采用对环境友好的工质，也消除了由于采用氟利昂等人工合成工质而引发的对地球温室效应的加剧和对大气臭氧层的破坏。 1 太阳能空调系统的种类 按照太阳能负担全部热源的份额来进行分类，太阳能空调系统可以分为两大类：辅助太阳能空调系统和完全太阳能空调系统（2）。辅助太阳能空调系统是太阳能集热装置仅提供整个系统所需要的驱动(或再生)热的一部分，余下部份由辅助热源提供；完全太阳能空调系统则是由太阳能集热装置提供整个系统所需要的全部驱动(或再生)热，没有任何辅助热源或辅助供冷装置。考虑到系统的综合效率，不同的太阳能集热器需要与不同类型的制冷机组进行组合。形成了五种组合方式：(1)吸收式制冷机+真空管式集热器；(2)吸附式制冷机+真空管式集热器；(3)吸附式制冷机+平板式集热器；(4)除湿冷却装置+平板式集热器；(5)除湿冷却装置+空气式集热器。太阳能空调系统一般采用吸收式制冷机+真空管式集热器的组合方式，本文着重介绍太阳能太阳能吸收式制冷空调系统。 2 太阳能吸收式制冷空调系统组成 太阳能空调系统主要由吸收式冷水机组、太阳能集热器、贮热水箱、辅助热源、循环水泵及末端装置等构成，如图1所示。 图1 太阳能空调系统图（3） （1）吸收式冷水机组。吸收式冷水机组型式很多，太阳能吸收式制冷系统中多采用热水型。根据热水温度不同又分为单效型和双效型，双效型的制冷效率高于单效型，但其热源温度也较高。目前，玻璃真空管集热器集水温度一般为70～95℃，因此吸收式冷水机组一般采用单效热水型溴化锂冷水机组。机组容量应依据最大空调负荷选取。 （2）太阳能集热器。太阳能集热器是利用太阳辐射吸收材料的光热效应，将太阳辐射转变为热能并传热工质传递热量的特殊产热装置，它是太阳能制冷供热系统中最重要、最基本的组成部分。其集热性能高低直接影响到系统的经济性、可靠性。目前常用的集热器形式为玻璃真空管式和热管真空管式。前者价格较低，但集热效率却不如后者高。玻璃真空管集热器的集热效率一般为0.407，热管真空管的集热效率为0.512。因为太阳能集热器价格较高，在系统总投资中所占比重较大，从经济角度分析采用玻璃真空管集热器是合理的。 （3）蓄热水箱。蓄热水箱用于供应非日照时间需热量，因此理论上其容量需满足全年最不利日的热量需求，这样可最大限度降低运行费用，但是其容积将加大，相应的投资和占地面积将增加，同时集热器面积也增加，造成初投资整体增加，这是不经济的。因此蓄热水箱以夏季最不利日需要量来设计。冬季不能满足要求时投入辅助热源。 （4）辅助热源。辅助热源应采用节能环保型，同时系统启停、控制、调节应方便。常用辅助热源形式一般有热泵、电加热、小型燃气炉等。 3 太阳能吸收式制冷空调系统工作原理 夏季，被太阳能集热器加热的热水首先进入蓄热水箱，当蓄热水箱的热水温度达到一定值时，由蓄热水箱向吸收式冷水机组提供热水；从吸收式冷水机组流出的降温热水流回蓄热水箱，通过集热器循环泵输送至屋面太阳能集热器，加热成高温热水，如此循环；制冷机产生的冷水流向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热水时，可由辅助锅炉补充热量（4）。 冬季，同样经集热器加热的热水进入蓄热水箱，当热水温度达到一定值时，由蓄热水箱直接向空调末端提供热水，以达到供暖的目的。同样当太阳能不能满足要求时，也可由辅助锅炉(或高温热泵机组)补充热量。 太阳能集热器收集太阳能，通过热管加热制冷机发生器中的溴化锂溶液，驱动制冷机运行；制冷机产生的冷量通过空调箱对房间进行