太阳能追光系统

太阳能光伏理化基础太阳能追光系统班级：物电学院 11（ 6） 姓名：沈杨帆 学号： 11223525 太阳能是一种清洁的绿色能源，是最丰富的可再生能源形式，是所有化石能 源及多种可再生能源的源头。太阳能作为地球上真正取之不尽的清洁能源，将是 未来最理想的绿色新能源， 目前其利用的有效途径便是利用光伏发电技术将太阳 能转化为电能。 嵌入式系统就是内嵌到对象体系中的微型专用计算实际系统。它具有比通用 计算机更简洁、更个性化的功能，可以运用操作系统，又兼有单片机体积小、功 耗低等优点，是目前最热门的和应用最广泛的技术之一。 本文设计了太阳能追光系统。该系统以嵌入式技术为基础，采用两种控制方 法相结合准确追踪太阳位置，并进行同步跟踪，以保证获得最大效率的太阳能。太阳能利用现状与趋势 地球上的化石能源主要有石油、煤、天然气和海底甲烷水合物。目前，人类 使用的能源主要是化石能源。由于这些矿物燃料的大量消耗，已导致全球气候变 暖，引起严重的生态环境问题，而且化石能源贮量有限，分布不均，有朝一日， 必然枯竭。人类今后使用何种能源，这己成为摆在我们面前的问题。太阳能遍布地球，取之不尽，用之不竭，对环境无污染，这是人类未来能源的最佳选择。 虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。 太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制太阳能既 是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环 境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低：二是其强度受各 种因素 （季节、 地点、 气候等） 的影响不能维持常量。 这两大缺点大大限制了太 阳能的有效利用。 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅 为其总辐射能量（约为３．７５ｘ１０２６Ｗ）的２２亿分之一，但己高达１７３，０００ＴＷ，也就 是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于５００万吨煤。如此看来，太阳能发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将在二 十一世纪得到前所未有的发展。尤其是太阳能电池在使用中不会释放包括二氧化 碳在内的任何有害气体，这将极大的改善生态环境、解决地球温室效应的问题， 因此太阳能电池有望成为二十一世纪的主导新能源，并终将在世界能源结构中占 有主导地位。据实验得知， 在太阳能光发电中， 相同条件下， 采用自动追踪发电设备要比 固定发电设备的发电量提高３５％，因此在太阳能利用中，有必要进行太阳追踪。 目前，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、光电追踪目前，国内常用的光电追踪有重力式、电磁式和电动式。这些光电追踪装置 利用光敏传感器，如硅光电管进行太阳光的检测。在这些装置中，光电管的安装 靠近遮光板。通过调整遮光板的位置使遮光板对准太阳、硅光电管处于阴影区； 当太阳西移时遮光板的阴影偏移，硅光电管受到阳光直射输出一定值的微电流， 作为偏差信号，经放大电路放大，由伺服机构调整角度使追踪装置对准太阳完成 追踪。光电追踪灵敏度高，结构设计较为简单；但受天气的影响很大，如果在稍 长时间段罩出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往不能照射到硅光电管上，导 致追踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误引。2、视日运动轨迹追踪视日运动轨迹系统根据追踪系统的轴数，可分为单轴和双轴两种。 一、单轴追踪； 单轴追踪一般采用：①倾斜布置东西追踪；②焦线南北水平布置，东西追踪； ③焦线东西水平布置，南北追踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向追 踪，工作原理基本相似。追踪系统的转轴（或焦线） 南北向布置，根据事先计算的太阳赤纬角的变化，柱形抛物面反射镜绕转轴作俯 仰转动追踪太阳。采用这种追踪方式，一天之中只有正午时刻太阳光与柱形抛物 面的母线相垂直， 此时热流最大； 而在上午或下午太阳光线都是斜射。 单轴追踪 的优点是结构简单， 但是由于入射光线不能始终与主光轴平行， 收集太阳能的效 果并不理想。二、双轴追踪； 如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够追踪太阳就可以获得最多的太 阳能， 全追踪即双轴就是根据这样的要求而设计的。 双轴追踪又可以分为两种方 式： 极轴式全追踪和高度角方位角式全追踪。 （１）极轴式全追踪；极轴式全追踪原理：聚光镜的一轴指向地球北极， 即与地球自转轴相平行， 故称为极轴； 另一轴与极轴垂直， 称为赤纬轴。工作时反射镜面绕极轴运转， 其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以追踪太阳的视日运动； 反射镜围绕赤纬轴作俯仰转动是为了适应赤纬角的变化， 通常根据季节的变化定期调整。 这种追踪方式并不复杂， 但在结构上反射镜的重量不通过极轴轴线， 极轴支 承装置的设计比较困难。 （２） 高度角； 方位角式太阳追踪 高度角和方位角式太阳追踪方法又称为地平坐标系双轴追踪。 集热器的方位轴垂直于地平面， 另一根轴与方位轴垂直， 称为俯仰轴。工 作时集热器根据太阳的视日运动绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变集热器的倾斜角，从而使反射镜面的主光轴始终与太阳光线平行。这种追踪 系统的特点是追踪精度高，而且集热器装置的重量保持在垂直轴所在的平面内， 支承结构的设计比较容易。基于凸透镜的传感部分方案 感光部分把光敏电阻分布在凸透镜的光斑周围，在凸透镜的光斑周围恰好是 一圈阴影的区域。当阳光的角度发生变化时，光斑会照射到附近的光敏电阻，使 光敏电阻的感光状态发生变化。从而通过电平的变化来调整云台电机的转。基于挡板的传感部分方案 感光部分把光敏电阻分布在不同象限，通过挡光板将象限隔离，根据每个象 限光敏电阻所传回数据的大小来判定感光状态，通过调整挡光板的高度将系统追 光误差降低到５％以内。当太阳光移动时，挡板会把光敏电阻中的一个或者几个挡住。这样， 通过ＡＲＭ芯片对光敏电阻电平的采样，对电压值进行比较，根据电平 的变化，使ＡＲＭ芯片控制电机转动云台，使太阳能电池板重新垂直对准太阳。