下载文档原格式
• 130•太阳能光伏发电电池阵列的发电量与光线入射角角度有关，光线与光伏阵列平面垂直时，发电量最大。
提出基于PLC 的光伏电池板自动追光系统，使光伏电池板能实时跟踪太阳光照，从而提高光伏阵列的发电量，提高太阳能的利用率。
系统采用双轴跟踪，包括硬件部分和软件部分，硬件部分有光线检测电路、PLC 控制电路及双轴跟踪电路；软件部分有PLC 的控制程序。
1 方案提出太阳能具有取之不尽、用之不竭、绿色环保和分布广泛等优点，是新能源的重要组成部分，越来越受到人们的关注和青睐。
太阳能光伏发电系统的应用越来越普遍，光伏发电系统的发电量自然也成为行业内关注的焦点。
太阳能光伏发电系统通常分为固定式和跟踪式两种。
由于太阳具有间歇性及强度和方向时变等特性，光线与光伏阵列平面垂直时，发电量最大，采用固定式光伏发电系统无法达到对太阳能的利用最大化，因此自动检测太阳光线，并控制光伏发电板自动跟踪太阳方向，使光伏电池板始终保持与太阳光垂直，可以大大提高太阳能利用率。
本文所设计的光伏发电系统是基于PLC 控制的光伏发电双轴自动跟踪系统，能达到提高光伏发电电池阵列的发电量，有效提高太阳能利用率的目的。
2 方案设计光伏发电双轴跟踪系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分有光线检测电路、PLC 控制电路及双轴跟踪电路；软件部分有PLC 的控制程序。
系统工作原理：四个光敏传感器和信号比较电路检测太阳光线的方位，并送入PLC ，PLC 按照事先下载好的程序进行逻辑判断、计时和计数等运算，输出控制信号到继电器，控制两个直流电机正反转，从而控制光伏电池板东西南北的运动，达到光伏电池板实时跟踪太阳光线的效果。
（系统整体结构框图如图1所示）图1 系统整体结构框图2.1 光线检测设计光线检测部分包括光敏传感器模块和比较电路两部分组成。
设计采用的是光敏电阻光强比较法，利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两对光敏传感器分别放置在东-西、南-北四个方位，并且两两之间用档光板隔开（传感器模块如图2所示），将该传感器模块安装在四块光伏电池板正中间位置。
太阳能光伏发电系统中的最大功率点跟踪技术研究1. 引言太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和应用。
然而，由于太阳能电池的特性，其发电效率会受到多种因素的影响，如光强、温度等。
为了最大限度地提高太阳能电池组的发电效率，研究者们提出了一种重要的技术：最大功率点跟踪技术。
2. 最大功率点跟踪技术的原理及方法最大功率点跟踪技术的核心思想是通过不断调整电池电压和电流，使得系统能够工作在太阳能电池的最大功率输出点。
简单来说，即通过智能控制算法，调整输出电压和电流，使得光伏发电系统能够始终运行在最理想的状态。
目前，最大功率点跟踪技术主要有以下几种方法：- 电压控制方法：根据电池电压与光强之间的关系，采用电压控制算法，实现最大功率点跟踪。
- 电流控制方法：通过控制电池输入电流的大小，来实现最大功率点跟踪。
- 功率控制方法：根据光伏发电系统的功率输出特性，采用功率控制算法，使得系统能够实时跟踪最大功率点。
这些方法既有各自的优点，也存在着一定的局限性。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法。
3. 最大功率点跟踪技术的研究进展近年来，随着太阳能光伏发电技术的快速发展，最大功率点跟踪技术也在不断地提升和优化。
首先，研究者们通过改进电压、电流和功率控制方法，提高了系统的跟踪精度。
利用更高效的控制算法，使得光伏发电系统能够更准确地工作在最大功率点附近，提高了能量转换效率。
其次，一些新的跟踪技术被提出并应用于实际生产中。
例如，模糊控制、神经网络和遗传算法等人工智能技术被应用于最大功率点跟踪中，使得系统能够自动学习和优化控制策略，提高了系统的稳定性和适应性。
另外，一些基于无线通信和云计算的远程监测和控制系统也被开发出来，可以实时监测光伏发电系统的运行状态，并进行远程调整和优化。
这些技术的应用进一步提高了系统的可靠性和效率。
4. 最大功率点跟踪技术面临的挑战尽管最大功率点跟踪技术取得了显著的进展，但仍然面临着一些挑战。
太阳能双轴跟踪系统原理解析太阳能双轴跟踪系统原理解析1. 引言太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多的关注和应用。
为了更高效地收集太阳能，提高太阳能发电系统的效率，太阳能双轴跟踪系统应运而生。
本文将深入探讨太阳能双轴跟踪系统的原理及其在太阳能发电领域的应用。
2. 太阳能双轴跟踪系统的基本原理太阳能双轴跟踪系统是一种能够根据太阳的位置来调整太阳能发电设备角度的系统。
它通过使用两个轴（水平轴和垂直轴）来实现对太阳能接收器的定位，以确保太阳能始终垂直照射到接收器上。
这种追踪方式与传统的固定式太阳能系统相比，能够使得接收器相对于太阳的角度始终保持最佳状态，从而提高太阳能发电的效率。
3. 太阳能双轴跟踪系统的构成太阳能双轴跟踪系统主要由以下几个组成部分构成：3.1 太阳能追踪控制器：该控制器根据预设的追踪算法和传感器采集的数据，来计算并控制太阳能发电设备的运动。
它可以通过控制执行机构，调整发电设备的角度和方向。
3.2 电动机或执行机构：太阳能双轴跟踪系统通过电动机或其它执行机构来实现设备的角度调整。
这些电动机或执行机构通过接收控制器的指令，将设备转动到正确的位置上。
3.3 传感器：为了准确地获取太阳的位置信息，太阳能双轴跟踪系统通常会配备多个传感器。
这些传感器可以是太阳光电传感器、倾斜传感器等。
它们通过检测太阳的位置和周围环境的变化，向控制器提供实时的反馈信息，以确保设备能够准确追踪太阳。
3.4 太阳能接收器：太阳能双轴跟踪系统最关键的一部分是太阳能接收器。
它通常由太阳能电池板或聚光器组成，用于将太阳光转化为电能。
通过精确地追踪太阳，太阳能接收器可以最大限度地吸收太阳的能量，提高太阳能的利用效率。
4. 太阳能双轴跟踪系统的优势相较于固定式太阳能系统，太阳能双轴跟踪系统具有以下几个优势：4.1 提高发电效率：通过追踪太阳的位置并使接收器始终垂直照射，太阳能双轴跟踪系统可以最大限度地吸收太阳能，提高发电效率。
平单轴、斜单轴、双轴自动跟踪技术选择分析方法众所周知，为提高光伏电站的发电量，降低度电成本，增加投资的经济效益，可以采用光伏自动跟踪技术。
从国内技术来讲，对非聚光形式有双轴跟踪、斜单轴、平单轴以下3种跟踪技术。
对各种跟踪方式优缺点比较如下：(1)双轴跟踪范围大的同时占地面积大，安装容量容易受安装环境影响；安 装相对复杂、抗风能力一般，一次性投入相对较高，在电池板价格低的情况下，经 济价值一般。
安装结构示意图参见图5-7。
(2)斜单轴单元安装容量、跟踪范围一方面受环境影响另一方面受顶杆电机 行程约束，抗风能力较好、安装比较简单，整个性价比较高，如果安装在斜坡上则 优势更明显。
(3)平单轴跟踪范围大、安装简单、容易扩展容量，容量大时造价低、抗风 能力强，经济性能高，更适合在赤道附近地区应用同时对地基平面要求高。
西限位开关水平电机东限位开关光强检测装置东西方向侧视图正视图图5-7 双轴跟踪示意图从发电效率来看：平单轴：发电量提高10%～20%，成本增加3%～5%，单机最大功率50kW (2008年底)。
斜单轴：发电量提高20%～30%，成本增加10%，单机最大功率3.3kW （2006年底）。
双轴：发电量提高30%～40%，成本增加15%，单机最大功率l0kW （2008年底）。
在光伏电站设计中，要不要跟踪，应因地而异，完全由综合技术经济性来判定。
从以上3种跟踪技术比较来说，通常是斜单轴跟踪费效比较好，平单轴适合于低纬度地区(30度内)。
对平板太阳电池方阵，在太阳电池组件已大幅降价之后，一般不必选择双轴跟踪。
因为双轴跟踪往往可靠性并不高，给维护带来麻烦，结果所谓得不偿失。
图5-8所示分别为斜单轴跟踪系统的原理图和前视图。
Z=维度Z=维度图5-8 斜单轴跟踪系统原理图。
跟踪式光伏支架原理光伏发电作为一种清洁、可再生的能源，被广泛应用于各种场景中。
而光伏支架作为光伏发电系统的重要组成部分，起到支撑光伏组件并使其能够正常跟踪太阳光的作用。
那么，跟踪式光伏支架是如何实现跟踪太阳光的呢？跟踪式光伏支架是一种根据太阳光的运动趋势，实现光伏组件自动跟踪太阳光的装置。
其原理基于太阳光的方位和高度角的变化，通过控制光伏组件在水平方向和垂直方向上的运动，以最大程度地接收太阳光的辐射能量。
跟踪式光伏支架通过光敏元件感知周围环境的光照强度，并将这些信息传输给控制系统。
光敏元件可以是光敏电阻、光敏二极管等，其作用是将光照强度转化为电信号。
然后，控制系统根据光敏元件感知到的光照强度信息，计算出当前太阳的方位和高度角。
控制系统可以采用传感器、计算机或者微控制器等设备来实现。
通过对光照强度的监测和太阳位置的计算，控制系统能够实时调整光伏组件的角度，使其始终朝向太阳。
接下来，控制系统将计算出的太阳位置信息传输给光伏支架的驱动装置。
驱动装置可以是电机、伺服机构等。
根据控制系统传输的太阳位置信息，驱动装置调整光伏组件的角度，使其与太阳保持最佳的辐射角度。
光伏组件根据驱动装置的控制，实现水平方向和垂直方向上的运动，以跟踪太阳光的轨迹。
在白天，太阳的位置会不断变化，而跟踪式光伏支架可以通过驱动装置的调整，始终保持与太阳的最佳角度，最大限度地接收太阳光的能量。
跟踪式光伏支架的原理实际上就是通过感知太阳光的位置和光照强度，通过控制系统和驱动装置实现光伏组件的自动跟踪。
通过跟踪太阳光的运动轨迹，光伏组件可以始终保持与太阳的最佳角度，提高光伏发电系统的发电效率。
跟踪式光伏支架是一种利用光敏元件感知太阳光的位置和光照强度，通过控制系统和驱动装置实现光伏组件的自动跟踪的装置。
通过跟踪太阳光的运动轨迹，光伏组件可以始终保持与太阳的最佳角度，提高光伏发电系统的发电效率。
这种跟踪式光伏支架的原理，为光伏发电的应用提供了一种高效、智能的解决方案。
本科毕业设计论文题目：太阳能光伏发电光源跟踪控制系统—硬件部分院系：电子信息工程学院专业: 自动化班级：学生：学号：指导教师：2013年6月太阳能光伏发电光源跟踪控制系统——硬件部分摘要太阳能是一种非常具有开发潜力的能源，世界各国都在积极开发利用太阳能。
我国太阳能的利用，在近十年发展得非常迅速，但是我国的太阳能利用技术还比较落后，且太阳能利用的局限性很大。
为了进一步扩大太阳能的利用范围，提高太阳能的利用率，本文开发了一套太阳跟踪与驱动系统，该系统能够使太阳能利用装置时刻保持与太阳光线垂直，其结构简单、成本低廉且跟踪精度高，可用于太阳灶、太阳能热水器等各种太阳能装置上，具有一定的实用价值。
设计的太阳跟踪与驱动控制系统主要由三大部分构成：传感器、控制器、机械跟踪平台。
传感器由独立的四片光电池组成，用于大范围跟踪太阳，控制器硬件以单片机STC12C5A60S2为核心，完成了控制器的硬件电路设计和制作，系统的硬件电路包括，模拟输入电路，电机驱动电路，电源电路等。
关键词:太阳跟踪，传感器，控制器，跟踪平台Solar photovoltaic energy sources tracking control system——The hardware partAbstractSolar energy is a kind of energy with great potential development,and many countries is trying to utilize it.The use of solar energy is developed very fast in our country in recent ten years.But the technology of utilizing solar energy is still relatively backward,and the application of solar energy is restricted by many factors.To widen the use of solar energy and increase the utilization of solar energy,the solar energy traking and driving system is designed in this paper.The system can guarantee that the deviceice of utilizing solar energy is vertical to sun streams,and it has simple structure, low cost and high tracking precision.The system can be used in many kinds of solar installations such as solar cooker and solar water heater,and it has certain practical value.In the paper,the designed solar tracking and drive control system are mainly composed of three major components:sensors,controllers and mechanical tracking platform.The sensor is mainly composed of four photocell which could achieve large-scale tracking the sun.STC12C5A60S2 is used as the core in the controller.Hardware circuit design and production are accomplished.The system hardware circuits are composed of analog input circuit,the motor drive circuit,power circuit and so on.Keywords:Solar tracking,sensor, controller,tracking platform中文摘要......................................................................................................... 错误！未定义书签。
目次1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (2)4 总体要求 (4)5 环境适应性 (5)6 外观 (5)7 结构 (6)8 功能 (7)9 性能 (8)10 电气安全 (10)11 试验方法 (10)12 检验规则 (23)13 标志、包装、运输和储存 (24)附录A（资料性）跟踪系统主要技术参数 (26)附录B（规范性）跟踪系统试验项目 (27)附录C（规范性）瞬时跟踪误差算法 (29)光伏电站太阳跟踪系统技术要求1 范围本文件规定了光伏电站太阳跟踪系统（以下简称跟踪系统）的环境适应性、结构、功能、性能、电气安全等方面的技术要求和试验方法，以及检验规则、标志、包装、运输和储存的技术要求。
本文件适用于光伏电站太阳跟踪系统的设计、制造、安装、调试、验收、试验和运行维护。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2423.1 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T 2423.2 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T 2423.3 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热方法GB/T 2423.21 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验M：低气压GB 4208 外壳防护等级(IP代码)GB 4824 工业、科学和医疗设备射频骚扰特性限值和测量方法GB 5237.2 铝合金建筑型材第2部分：阳极氧化型材GB/T 9286 色漆和清漆漆膜的划格试验GB/T 9254.1 信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第1部分：发射要求GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件GB/T 13452.2 色漆和清漆漆膜厚度的测定GB 13955 剩余电流动作保护装置安装和运行GB/T 16895.23 低压电气装置第6部分：检验GB/T 16935.1 低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验GB/T 17626.2 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T 17626.3 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场抗扰度试验GB/T 17626.4 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.5 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T 17626.6 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T 17626.8 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T 17626.11 电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验GB/T 17627.2低压电器设备的高电压试验技术第二部分：测量和试验设备GB 18802.1 低压电涌保护器(SPD) 第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法GB/T 18802.21 低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络的电涌保护器(SPD) 性能要求和试验方法GB 20840.2 互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求GB 20840.3 互感器第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求GB/T 31366 光伏发电站监控系统技术要求GB 50009 建筑结构荷载规范GB 50017 钢结构设计标准GB 50054 低压配电设计规范GB 50169 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB 50205 钢结构工程施工质量验收标准GB 50797 光伏发电站设计规范DL/T 768.7 电力金具制造质量钢铁件热镀锌层NB/T 10115 光伏支架结构设计规程3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
太阳能电池板自动追光控制系统设计蔺金元【摘要】In order to use solar-powered, a system that solar panel can automatic track the sun is produced. The system use combined method of solar movement tracking and maximum power point seeking, it controls solar energy conversion utilization device automatically and rotated it to aim at the sun, and it can raise the solar energy absorption rate. In the system, single- chip microcomputer is used as the controller, small solar battery is used as sensor, and stepper motor is used as actuating mechanism. The system has some practical value for devices which rely on the solar energy.%为实现太阳能供电，介绍了一种太阳自动追踪系统．该系统采用视日运动跟踪与寻求最大功率点相结合的方法，控制太阳能转换利用装置自动旋转去对准太阳，能有效提高太阳能的吸收率．该系统采用单片机作为控制器，小型太阳能电池作为传感器，步进电机作为执行机构．对于各种利用太阳能作为能源的自动装置而言．这种自动追踪系统具有一定的实用价值．【期刊名称】《宁夏工程技术》【年(卷),期】2012(011)004【总页数】4页(P355-358)【关键词】视日运动;太阳能;自动追踪;最大功率点【作者】蔺金元【作者单位】宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】P631.4宁夏地处沙漠边缘，地广人稀，许多地方远离输电干线，需要太阳能供电系统供电.太阳能资源丰富，是理想的清洁能源，太阳能的开发利用有着积极的意义.目前，太阳能能源转化装置已经应用广泛，常见的有光伏发电、太阳能照明、太阳能热水器、太阳能温室、太阳灶等装置.在大多数装置中，太阳能转换利用装置都是固定不动的，不能够根据太阳位置的变化而变化，这样就造成了太阳能的转化效率降低.本课题研究了一种单片机控制的自动追踪系统.该系统能够自动旋转，可有效提高太阳能的转化效率.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30%左右[1].1 系统结构和工作原理目前，在太阳追踪系统中用于实现追踪太阳的方法很多，但是总结起来主要有2类方式：一类是光电追踪方式，另一类是视日运动轨迹追踪.这2种方法中，前者是闭环的随机控制系统，能依靠传感器准确检测太阳的位置，但受天气影响大，雨天无法工作；后者是开环的顺序控制系统，通过时间计算出此时本地太阳的位置，有一定的累计误差[2].本文将2种方法结合起来，设计了一种基于单片机控制的单轴太阳跟踪系统.该系统在晴天时采用闭环控制，阴天时采用开环控制，利用这两种方法的优势互补实现了更加准确的追踪定位.该系统的结构图如图1所示.图1 系统结构图该系统采用AT89C51作为控制器，可以快速计算、准确定位；同时，该系统采用步进电机作为执行机构，采用专业的时钟芯片DS1302提供准确时间，以便在阴天时计算出系统的动作，并且准确控制系统在20：00复位到初始位置；另外，该系统采用一种小型太阳能电池作为系统的传感器.这种小型太阳能电池最高输出电压值为5 V，将它们分别放置在太阳能转换利用装置的4个角上检测太阳光的强度. 该系统开始工作时，先读取4个传感器的值，如果输出都低于1 V，则可以判断为阴雨天，此时系统执行视日运动子程序，控制器读取时钟模块的日历时间信息，计算出此时本地太阳的高度角和方位角，决策出步进电机此时应有动作状态，进而通过控制器发出指令，驱动电机转动跟踪；如果4个输出中至少有1个高于1 V，则可以判断为晴天，此时传感器的输出电压随时反馈给控制器，由控制器计算实现闭环控制实时测量追踪.2 视日运动跟踪算法阴天时，该系统采用视日运动跟踪.所谓视日运动跟踪就是根据太阳的运动规律实时跟踪太阳的位置.其实，在地平坐标中，太阳的位置虽然时刻都在变化，但其运行轨迹具有严格的规律性，太阳的位置可以用高度角α和方位角ψ来确定.其中：高度角α是指地球上的观测点同太阳中心点的连线与地平面的夹角；而方位角ψ是指地球上的观测点同太阳中心点的连线在地平面上的投影与正南方向的夹角.这2个参数可以由当前时间和当地的经纬度计算[3-4].（1）高度角α的计算.式中：δ为太阳赤纬角；φ为当地的地理纬度角；ω为时角.其中：Ts为当时的时间，以24小时制取值.时角上午为正，下午为负.（2）方位角ψ的计算:3 最大功率点的获取晴天时，该系统采用的方法是追踪最大功率点（MPPT），就是找到太阳能电池输出功率最大的位置.MPPT采用的是自寻优的概念，实时测量光伏阵列的输出功率，进行比较后，自动地寻找到最大功率点.不断地寻找，不断地调整，不断地再寻找，如此周而复始.该方法可以自动适应一年四季太阳位置的变化，无需人工干预，十分有利于提高系统的全年效率[5].太阳能电池的U-I特性具有非线性，并且它随着外界环境(温度、日照强度)的变化而变化，在某一特定的温度或日照强度下总存在着一个最大功率点.太阳能电池阵列的输出功率特性曲线如图2所示[6].由图2可知，最大功率点几乎分布在一条垂直线的两侧，可以将最大功率点看作是对应着某一个恒定电压Un.图2 太阳光伏电池输出功率特性该系统采用一个小型太阳能电池板作为系统的位置传感器，每隔5 min读取1次输出电压.如果测量值比设定的最大值小，则需要驱动步进电机正向转动；如果测量值比设定的最大值大，则需要驱动步进电机反向转动；如果测量值等于设定的最大值，则不需要驱动步进电机转动，说明此时位置合适.该系统采用干扰观测法，这种方法能快速准确地进行MPPT控制，但在最大功率点附近振荡运行，稳态输出波形有一定波动，偏差较大.因此，扰动步长设定无法兼顾跟踪精度和响应速度，需进行多次尝试才能选定最佳步长，而且在光照强度剧烈变化时会出现误判.所以这种方法适用于对控制精度要求不是特别高的情况.例如，各种独立太阳能路灯、太阳能景观系统等小功率系统，采用干扰观测法进行MPPT控制足以满足控制精度，且参数调整合理匹配.4 主要模块电路设计4.1 时钟芯片由于该系统在阴天时需通过当前时间进行太阳位置计算，因此，需要采用实时时钟，系统选用了时钟芯片DS1302.该器件具有实时时钟，可提供秒、分、时、日、星期、月和年（闰年补偿）.DS1302有2个电源，一个是主电源Vcc2，另一个是备份电源Vcc1.主电源Vcc2同单片机一样接5V电源，而备份电源Vcc1使用的是2节1.5V干电池.在系统电源被切断的情况下，DS1302也能正常工作，保证日期、时间的准确性.X1，X2用来外接晶振，晶振的频率为32.768kHz.4.2 A/D转换A/D转换的主要作用是把位置传感器两端采集的电压值（0～5 V的模拟量）转换成数字量.该系统采用PCF8591芯片进行A/D转换，它具有8位的二进制转换精度.传感器采集的模拟量与数字量对应关系的典型值对应：+5 V对应值为FFH，2.5 V对应值为80H，0 V对应值为00H.PCF8591与单片机的连接如图3所示. 图3 PCF8591与单片机的连接图4.3 传动机构传动部分决定着该系统效率的高低、精度的大小.该系统是单轴跟踪，只调整方位角，步进电机就是依靠带动齿轮传动机构来调整太阳能转换利用装置的方位角ψ到位的.该系统在带传动和齿轮传动中选择了齿轮传动.齿轮传动可以做成开式、半开式及闭式，该系统选择了开式齿轮传动.在开式齿轮设计中主要考虑以齿根弯曲疲劳强度和保证齿面接触疲劳强度这2个准则，系统选择了2个齿数分别为16和96的一套齿轮，模数m=2.5，齿数z1=16，z2=96，传动比 i=6，压力角a=20°，齿顶系数 ha=1，齿根系数hf=0.25，中心距a=140.齿轮是重要零件，由于该系统要求的旋转速度不高，考虑到使用寿命和露天的工作环境，选用了优质碳钢（45#钢）材质的齿轮，耐磨性好，如果没有过大的外力损伤，一般不会坏.5 软件设计5.1 系统主程序该系统主程序包括初始化单片机功能模块、选择当前工作方式环节，从而保证可靠驱动步进电机，控制太阳能转换利用装置始终正对太阳.主程序流程如图4所示. 图4 主程序流程图5.2 测量追踪子程序测量追踪子程序是在晴天时启动，通过读取传感用太阳能电池的输出电压判断太阳能的吸收状态，从而调整太阳能转换利用装置准确到达位置.子程序流程如图5所示.5.3 视日运动追踪子程序图5 测量追踪子程序流程图视日运动子程序是在阴天时启动，通过输入的当地经纬度信息、读取的时间信息计算出太阳的准确位置，去实现跟踪.子程序流程如图6所示.图6 视日运动子程序流程图6 系统安装太阳能电池板的方位角与高度角对其吸收太阳能都有很大影响，考虑到是单轴追踪，只有东西方向可以自动调整，所以，在安装过程中要根据计算数据固定好南北方向的安装角.因为是固定角度，在角度选取上一般采用牺牲一些夏天的能量，尽量增加一些冬天的能量的原则.例如，某地区夏至日的最大高度角为74.6°，相应安装角为15.4°；冬至日的最大高度角为27.7°，相应安装角为62.3°，则取其平均值为(15.4°+62.3°)/2≈39°.考虑到 9：00—11：00，13：00—15：00 的情况，此安装角可适当调大(+5°～+8°).该系统也可以随季节调节安装角，夏季略小，冬季略大，而春季和秋季可与当地纬度相当.该系统在安装时，首先要确定安装地点的经纬度，计算出高度角和方位角.再根据时间和季节进行估算定位.在宁夏地区，考虑到 9：00—11：00，13：00—15：00 的情况，可以使夏季为20°～24°，冬季为67°～70°，春分、秋分以调节到当地纬度加10°为好.7 结语该系统采用的这种自动跟踪太阳的方法，能够使太阳能转换利用装置始终保持在太阳能吸收率最高的位置，控制方法简单，容易实现，可靠性也比较高，尤其在沙漠干旱地区这种强光照环境中，是一种能更好地吸收利用太阳能的好方法，可以广泛应用到太阳能路灯、热水器、太阳灶等太阳能转换利用装置中.【相关文献】[1]肖玉华，熊和金.基于ATmega8的双轴太阳跟踪器设计[J].电子设计工程，2010，3(18)：46-47.[2]郑小年，黄巧燕.太阳能跟踪方法及应用 [J].能源技术，2003，24（4）：149-151.[3]乔彩风，宋世军，何忠.数字视频监控系统的智能化实现[J].计算机与现代化，2007（12）：46-48.[4]许春东.嵌入式数字视频监控系统中串口通信的设计与实现[J].电子技术，2005（11）：61-64.[5]刘洋，白连平.太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器的研究[J].节能，2008（12）：8-9.[6]卢琳，殳国华，张仕文.基于MPPT的智能太阳能充电系统研究[J].电力电子技术，2007，41（2）：96-98.[7]刘京诚，任松林，李敏，等.智能型双轴太阳跟踪控制系统的设计[J].传感器与微系统，2008，27（9）：69-71.。
光伏电站太阳跟踪系统技术要求（GB/T29320-2012）1范围本标准规定了光伏电站太阳跟踪系统（以下简称跟踪系统）的外观、支架结构、驱动装置、控制系统、安装、可靠性、环境适应性等技术要求及试验方法，以及对于检验规则、标志、包装、运输和储存的技术要求。
本标准适用于光伏电站的平板式和聚光式太阳跟踪系统术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1跟踪系统tracking system通过机械、电气、电子电路及程序的联合作用，调整光伏组件平面的空间角度，实现对入射太阳光跟踪，以提高光伏组件发电量的装置。
又称向日跟踪系统、追日跟踪系统、太阳跟踪器。
跟踪系统一般可分为单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。
跟踪的具体参数按坐标系可分为地平坐标系、赤道坐标系。
跟踪系统按结构型式可分为独立型和联动型。
跟踪系统按外观形状可分为T型（塔柱式、立柱式），V型（双V型、W型)，O型（盘式）和其他型式。
跟踪系统按跟踪精度可分为通用（普通）型（平板式太阳跟踪系统）和精密型（聚光式太阳跟踪系统）。
点聚焦型聚光器一般要求双轴跟踪，线聚焦型聚光器仅需单轴跟踪。
3.2平板式跟踪系统flat plate tracking system用于安装平板式光伏组件的跟踪系统。
聚光式跟踪系统CPV tracking system用于安装聚光式光伏组件的跟踪系统。
注：聚光倍率低于100倍为低倍聚光，不低于100倍为高倍聚光。
3.4单轴跟踪系统single-axis tracking system绕一维轴旋转的跟踪系统。
又称一维跟踪系统。
注：单轴跟踪系统可分为水平单轴跟踪系统、倾斜单轴跟踪系统和垂直单轴跟踪系统。
3.5双轴跟踪系统dual-axis tracking system绕二维轴旋转的跟踪系统。
又称二维跟踪系统。
注：双轴跟踪系统以地平面为参照系，跟踪的是太阳高度角和太阳方位角；以赤道平面为参照系，跟踪的是赤纬角和时角。
3.6线聚焦跟踪系统line-focus tracking system光伏聚光器利用透镜或反射镜将太阳光聚焦在光伏组件线阵列上的跟踪系统。
引 言 随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大。同时，大量化学燃料的使用，导致能源的迅速短缺与环境污染日益突出。近年来由于人们对能源环境问题的日益关注，太阳能的应用与普及越来越受到人们的高度重视。因此，清洁、可再生的新能源的应用已成为必然的趋势。 人类在开发利用能源的历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期，仅是一个不太长的阶段，它们终将走向枯竭而被新的能源所取代。人类必然及早寻求新的替代能源，研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能量丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。根据国际权威机构的预测，到21世纪50年代，即2050年直接利用太阳能的比例将会发展到世界能源结构中的13%到15%之间，而整个可再生资源在能源结构中的比例将大于50%。 太阳能将是目前大量应用的化石能源的主要替代能源之一。 以太阳能为代表的新能源和可再生能源是保护人类赖以生存的地球生态环境的清洁能源。它将逐渐减少和替代化石能源的使用，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经之路。 第一章 概述 太阳能作为一种有巨大能量的可再生能源。每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。开发和利用丰富、广阔的太阳能，可以对环境不产生或产生很少的污染。太阳能既是近期急需的能源补充，又是未来能源结构的基础。不论是从经济社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，还是从特殊用途解决现实能源供应问题出发，开发利用太阳能都具有重大战略意义。 1.1 选题意义 1.1.1 太阳能是化石能源的主要替代能源之一 在20世纪的世界能源结构中，人类所利用的一次能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。随着经济的发展，人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消费量将持续增长，世界上的化石能源消费总量总有一天将达到极限。 随着化石能源的逐步消耗，能源危机已展现在人类面前。在21世纪初进行的关于世界能源储量数据的调查显示：石油可采量为39.9年，天然气可采量为61年，煤炭可采量为227年。可见，化石能源的可采量已经是屈指可数的了。 中国的能源资源总储量情况更是危机逼人。按2000年底的统计，探明经济可开发能源总储量约占世界总量的10.1%。中国能源剩余可开采总储量的结构为：原煤占58.8%，原油占3.4%，天然气占1.3%，水资源占36.5%。我国能源经济可开发剩余可采储量的资源保证程度仅为129.7年。 除太阳能以外，中国各种一次能源资源均低于世界平均水平，中国的能源需求面临着更严重的挑战。 1.1.2 太阳能是人类可利用的最直接的能源之一 从环境角度来看，化石能源的大量开发利用，是造成大气和其他类型环境污染与生态破坏的主要原因之一。如何在开发和使用能源的同时，保护好人类赖以生存的地球环境与生态已经成为一个全球性的重要问题。 中国的能源开发利用对于环境造成的污染同样非常重要。中国是世界上少数几个能源机构以煤炭为主的国家，也是世界上最大的煤炭消费国。2000年中国能源生产总量中，煤炭占67.2%，煤炭燃烧所产生的温室气体的排放量比燃烧同热值的天然气高6.1%，比燃油高36%。1999年中国排放二氧化碳居世界第二位，其中85%是燃煤排放的。2000年中国排放二氧化硫居世界第一位，其中90%是燃煤排放的。由于能源利用及其它污染源大量排放环境污染物，2000年造成中国有57%的城市环境污染 中的颗粒物超过国家限制值；有48个城市的二氧化硫浓度超过国家的排放标准；82%的城市出现过酸雨，面积已达国土面积的30%；许多城市二氧化氮有增无减。2000年二氧化硫和酸雨造成的经济损失约占中国GDP的2%。 太阳能可以直接利用，基本上没有污染物排放，清洁干净。目前各种发电方式的碳排放率[g碳/（kw.h）]：煤发电为275，油发电为204，天然气发电为181，太阳能发电为92，太阳能光伏发电为55，波浪发电为41，海洋发电为36，潮流发电为35，风力发电为20，地热发电为11，核能发电为8，水力发电为6。这些数据是以各种发电方式所用的原料和燃烧的开采和运输、发电设备的制造、电源网架的建设、电源的运行发电以及维护保养和废气物排放与处理所有循环中消费的能源，按照各种发电方式在寿命期间的发电量计算得出的。 1.1.3 资源丰富的太阳能辐射 太阳传送到地球上的能源，每40秒钟就有相当于210亿桶石油的能量送到地球，相当于全球一天所消耗的能源。中国也拥有丰富的太阳能资源，目前太阳能的开发利用量还不到可开发量的1/1000。 太阳的能量是向四面八方辐射的。每秒钟投射到地球上的能量约为1.757 x1710J，相当于5.25亿桶石油燃烧的能量，形象地比喻就是地球每天从太阳那里获得5000多亿吨的标准煤。按目前的发电水平每天可得到1.41x710亿度电。遗憾的是人类目前还没有能力将巨大的能量全部转换成电能，更没有办法储存它。值得庆幸的是,现在人类已可以将少量的太阳能直接转换成电能储存起来，它就是光伏发电技术。 1.2 光伏发电现状及发展
太阳能的转换利用方式有光-热转换、光-电转换和光-化学转换等三种方式。接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面。光-热转换是太阳能热利用的基本方式，利用光生伏打效应原理制成的光伏电池，可将太阳的光能直接转换成电能加以利用，称为光-电转换，即光伏发电。 1.2.1 光伏发电历史 光伏发电是将太阳光的光能直接转换为电能的一种发电形式。 1839年，法国物理学家A.E贝克勒尔意外地发现，用两片金属浸入溶液构成的伏打电池，光照时会产生额外的伏打电势，把这种现象称为“光生伏打效应”。1873年英国科学家Wilough B。Smith就观察到了对光敏感的硒材料，并推断出在光的照射下硒导电能力的增加正比于光通量。1880年Charles Fritts开发出以硒为基础的光伏电池，以后人们把能够产生光生伏打效应的器件称为“光伏器件”。半导体P-N结器 件在阳光下的光电转换效率最高，通常称这类光伏器件为“光伏电池”。 初期的光伏电池能量转换效率低、成本高。科学家们一直致力于光伏电池的改进，以提高效率，降低成本。20世纪50年代初。美国贝尔实验室在为远程通信系统寻找可靠的电源时，科学家们发现经杂质处理的硅对光敏感，可产生稳定的电压。1954年在贝尔实验室第一次做出了光电效率6%的实用单晶硅光伏电池，开创了光伏发电的新纪元。 从1961年到1971年，硅光伏电池技术没有取得重大进展。研究的重点放在提高抗辐射能力及成本降低方面。 从1972年到1976年，研制出了各种空间的单晶硅光伏电池，并以不同的商标出现。从20世纪70年代中期，研制出超薄单晶硅光伏电池。 从20世纪70年代中后期开始，光伏技术得到不断地完善，成本不断降低，形成不断发展的光伏技术产业，成为21世纪世界能源舞台上的主要成员之一。 1.2.2 光伏发电技术的现状与发展 20世纪80年代以来，即使是在世界经济从总体上处于衰退和低谷的时期，光伏发电技术产业也一直保持,以10%到15%的递增速度在发展。90年代后期，发展更为迅速，成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。1997年世界光伏电池组件的总产量达到200MW，比1996年增长了35%。其中，美国为80.2MW，日本为48MW，欧洲为47.2MW，其他国家为19.2MW。 中国于1958年开始研究光伏电池，1971年成功地首次应用于中国发射的东方红二号卫星上。于1973年开始将光伏电池用于地面。中国的光伏工业在80年代以前尚处于雏形，光伏电池的年产量一直徘徊在10KW以下，价格也很昂贵。从1981-1990年期间，中国十分弱小的光伏电池工业得到了巩固并在许多应用领域建立了示范工程。到2000年，中国的光伏电池年产量已达3MW。累计用量已超过15MW。从1996年到2000年，中国光伏发电无论是在产业化还是在应用方面都取得了很大的进展。光伏发电已经在远离电网地区的电力建设中发挥了重要作用。 20世纪90年代初期，中国主要的光电市场仍然是通信领域。从1995年以来，较大型的光伏发电应用系统逐步建立。在1996年到2000年期间，中国建成各种规模的县、乡、村级光伏电站40余座，装机容量约600MW，并在约20所农村学校建立于总效率约50KW的光伏发电系统。 并网光伏发电技术是当今世界光伏发电的趋势，是光伏技术步入大规模发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。2004年在中国深圳建造了一个 1000KW的光伏发电站示范工程。 1.2.3 存在的问题 光伏发电目前主要存在四大问题： 一、光伏阵列发电效率低 光伏发电的最基本元件是光伏阵列，主要分类为：单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜光伏电池等。光伏发电效率指的是光能转化为电能的比率。一般来讲，晶体硅光伏电池效率为10%-15%左右，非晶体光伏电池效率为5%-8%左右。薄膜光伏电池目前的转化率仅为2%-4%左右。由于光电转化效率太低，从而使光伏发电率密度低，难以形成高功率发电系统。并且由于对发电转化管理不利，真正太阳能的利用率只有50%-70%。 二、系统造价成本高 由于光伏发电效率低，要发出足够的电则需要许多光伏电池板。2003年单双晶硅光伏电池组件的价格约为36-40元/W，光伏发电系统价格约为60-80元/W，相当于目前的火力和水利水电。光伏发电的成本约为后者的6-20倍，成本高是目前制约光伏发电市场快速发展的主要原因。 三、发电运行受气候环境因素影响大 光伏发电源直接来源于太阳照射，而地球表面上的太阳照射受气候的影响时有时无。另外，由于环境污染的影响，特别是空气中的颗粒物灰尘降落在光伏电池板上，从而阻挡了阳光的照射，减少了光线的射入量，进而减少了光电的转换。 四、制造单晶硅和多晶硅光伏电池需要消耗相当多的能源 硅是地球上各种元素中含量仅次于氧的元素。主要存在形式是沙子，从沙子变成多晶硅和单晶硅要经过多道化学和物理工序。期间要消耗相当多的能量，这也是它们生产成本高的原因。 1.2.4 前景与展望 1996年3月，八届全国人大四次会议审议并通过了《中华人民共和国国民经济和社会发展“九五”计划和2010年的远景目标纲要》。正式确立了“以电力为中心，以煤炭为基础，加强石油，天然气资源的勘探开发，积极发展新能源，改善能源结构的能源发展方针和政策，并在电力发展一节论述农村能源时强调了因地制宜地开发利用小水电、风能、太阳能、地热能和生物质能的必要性。 太阳能作为新能源系列中的排头兵，其开发利用已被众多国家列为带动其经济增长的代表。20世纪末国际能源市场出现的以新能源和可再生能源为内容的四大热点
