极轴式太阳跟踪系统的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，这些矿物燃料是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。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的太阳能设备，如太阳能热水器、太阳能电池等，对太阳能的利用率不高。

由于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，太阳自动跟踪装置的利用是提高太阳能利用率的一个重要解决办法。研究精确的太阳跟踪装置，可使太阳能采光板的热接受率大大提高，从而可提高太阳能的利用效率，拓宽太阳能的利用领域。

太阳每时每刻都在运动着，不管哪种太阳能设备，如果它的能量转换部分能始终保持与太阳光线垂直，那么它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。太阳能设备的能量转换部分（如太阳能电池板）若想保持与太阳光垂直，就必须要尽可能精确地跟踪太阳。极轴式太阳跟踪系统为解决这一问题提供了条件。 目前，国内外太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法主要有两种：一是光电追踪方式，通过调整遮光板的位置使遮光板对准太阳、硅光电池处于阴影区。当太阳移动时时遮光板的阴影偏移，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。但出现乌云遮住太阳的情况时，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动。 另一种是根据视日运动轨迹追踪，可分为单轴和双轴两种。单轴跟踪一般采用倾斜布置、东西跟踪；焦线南北水平布置、东西跟踪；焦线东西水平布置，南北跟踪。但由于太阳在方位角和高度角上都有变化，单轴跟踪系统的能量转换部分只能在有限的时段与太阳直射光线垂直，造成了能量的浪费。而双轴跟踪系统在方位角和高度角上都能做到跟踪太阳，故这种方式更加有效。 经国外相关研究测得，在中纬度地区，相对于固定的太阳能面板，双极轴跟踪光伏理论上达到了41%的能源改善。此外，对于单极轴跟踪系统的改善为36%，可见不管是单轴还是双轴太阳能跟踪系统，较固定系统都有大幅提高。单轴追踪的优点是结构简单，成本较低，但是由于入射光线不能始终与光伏面板垂直，收集太阳能的效果并不好，会造成更多的能源浪费；双轴追踪即全追踪，能够在太阳高度和赤纬角的变化上全面追踪太阳，以此获得理论上最多的太阳能。关键就在于选择一个最好的向阳角度，并尽可能地时刻保持这个角度。 在国外的研究中，对于晴天条件下的双极轴跟踪的系统，通过定向太阳能电池组件，使得它们垂直于太阳产生的直射光线，对于一个给定的光伏模块区域，能够产生最多的太阳能，即比固定倾斜光伏发电系统多出30-50％的太阳能量。不过测量结果表明，这种太阳能跟踪在阴天条件下不能获得很高的太阳能输出。与固定太阳跟踪系统相比，单轴和双轴太阳跟踪系统有很明显的优势，而其中双轴跟踪系统由比单轴系统的效果更优，为了寻求更大的太阳能利用效益，目前国内外的研究都用双轴太阳跟踪系统来进行测试，虽然其费用更高，结构更复杂，但是具有更大的进步意义。而单轴系统也被少部分研究者采用，其获得的数据也对双轴系统和固定系统产生了比对意义。故本次设计采用的是目前最普遍的具有最大太阳能利用率的双轴太阳跟踪系统。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

1.极轴式太阳跟踪系统装置的主要零部件及其他零部件的设计。主要零部件包括有：方位角控制轴（通常称为极轴）、俯仰角控制轴（通常称为赤纬轴）；其他零部件有太阳能电池板、板托、底座等；

2.确定方位角回转机构的传动方案设计和俯仰角的调节机构的设计；

3. 研究计划与安排

1-2周 熟悉课题，查找资料

2-4周 确定拟采用的计划及方案

4-6周 设计零部件及计算

4. 参考文献（12篇以上）

[1]太阳光发电协会编，刘树民、宏伟译，太阳能光伏发电系统的设计与施工.北京：科学出版社，2006.

[2]车孝轩著，太阳能光伏系统概论.武汉：武汉大学出版社，2006.

[3]刘四洋，伍春生，彭燕昌，许洪华.主动式双轴太阳跟踪控制器[j].可再生能源，2007，06：69-72.