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1、本科生毕业设计姓 名： 学 号：学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 太阳能发电系统自动跟踪装置设计 专 题： 指导教师： 职 称： 副教授 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日目 录1 绪论11.1 能源概述11.1.1能源现状及发展11.1.2我国太阳能资源11.1.3目前太阳能的开发和利用11.1.4太阳能的特点21.2课题研究的目的21.3研
2、究课题的意义21.3.1新环保能源21.3.2提高太阳能的利用率21.4太阳能利用的国内外发展现状31.5太阳追踪系统的国内外研究现状41.6论文的研究内容42太阳能自动跟踪系统总体设计52.1太阳运行的规律52.1.1赤道坐标系52.1.2地平坐标系52.1.3太阳位置的确定62.2 太阳能跟踪器的机械装置62.2.1单轴跟踪62.2.2 双轴跟踪72.3 太阳能跟踪器的控制方式82.3.1时钟式控制方式82.3.2程序式控制方式82.3.3 压差式控制方式82.3.4光电式太阳跟踪装置92.4机械跟踪装置和控制方式的比较和选用102.4.1机械跟踪方式的选择102.4.2 太阳能电池板收放
3、的实现102.4.3 控制方式的选择113 机械设计部分123.1电池板收放装置的设计123.1.1 行星轮减速器的设计123.2 水平方向角跟踪装置的设计253.2.1 蜗轮蜗杆减速器的设计253.3 俯仰角调节的装置设计334自动跟踪控制系统设计354.1太阳位置跟踪控制系统设计354.1.1光敏电阻光强比较法354.1.2光电转换器364.1.3 AT89C51单片机364.1.4水平方位角跟踪控制系统流程图384.1.5高度角调节控制系统流程图394.2太阳能电池板收放装置控制系统设计395 结 论415.1总结415.2展望41参考文献42致 谢43摘 要当今世界能源短缺，环境污染，
4、化石能源濒临枯竭，在这种情况下，可再生能源的利用就显得尤为重要。太阳能以其储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。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。为了提高太阳能发电系统的效率，本文设计了双轴太阳能自动跟踪系统。本系统利用步进电机带动蜗轮蜗杆减速器以实现对太阳水平方向角的跟踪，并利用蜗轮蜗杆减速器的特性实现系统的自锁。利用步进电机带动丝杠使发电系统围绕水平轴以实现对太阳高度
5、角的追踪。为了使电池板能在恶劣天气下实现自动收放，利用步进电机带动行星轮减速器，驱动具有不同旋向的丝杠以实现两侧板的同步反方向运动。最后，本文给出了三个步进电机控制系统的流程图。关键字：太阳能 双轴跟踪 蜗轮蜗杆减速器 行星轮减速器 ABSTRACTAbout energy consumption, there is same problem, such as energy shortage, environmental pollution, and the fossil sources drying up. In this case, it is very important to deve
6、lop and utilize renewable energy. Solar energy have some advantages, for example limitless reserves, distributing everywhere, cleanness and economical. So it is the way to solve Energy shortage, Environmental pollution, and greenhouse effect to develop and utilize renewable energy, and is human perf
7、ect replaceable sources.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 improve the efficiency of solar power system, th
8、is paper introduces the design of automatic two-axis tracking system . This system drives worm gear reducer to follow the azimuth angle of the sun using step motor , and realize the self-locking function with the character of the worm gear reducer. The step motor drives the ball screw around horizon
9、tal axis to follow the altitude angle of the sun. In order to protect the panels in bad weather, the step motor drives the screw to realize the panels moving.Finally, this paper gives the control flow chart of the three step motors.Keywords: Solar energy Two-axis tracking system Worm gear reducer Pl
10、anetary gear reducer中国矿业大学2011届本科生毕业设计第 43 页1 绪论1.1 能源概述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，20世
11、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。1.1.2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960104km，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501018KJ，全国各地太阳年辐射总量达335837
12、KJ/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
13、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。 1.1.3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，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。1.1.4太阳能的特点太阳能作为一种新能源，它与常规能源相
14、比有三大优点： 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。1.2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，该装置能定时跟踪太阳光线的运动，保证太阳能电池板与太阳入射光线保持垂直，提高设备的能量利用率。1.3研究课题的意义1.3.1新环保能源长期以来，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
