基于单片机的太阳跟踪装置控制系统的研究.doc

1 绪论 利用太阳能意义 全套图纸，加 长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。目前人类所消耗的能源的70%来自煤、石油、天然气等化石燃料，科学家们公认，太阳能是未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日趋见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，人类越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用己开始进入实用阶段。资料显示:太阳每分钟射向地球的能量相当于人类一年所耗用的能量。目前太阳能利用转化率约为10%~12%。据此推算，到2020年全世界能源消费总量大约需要25万亿立升原油，如果用太阳能替代，只需要约97万公里的一块吸太阳能的“光板”就可实现。“宇宙发电计划”在理论上是完全可行的。科学家预言:未来大规模的太阳能开发利用，有可能开辟新能源领域，从而将人类带出传统的燃火时代。 太阳能相对于日益枯竭的化石能源来说，是未来社会的希望所在。它的特点可概括为： (1)储量的“无限性” 太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳放射的总辐射能量大约是3. 75，是极其巨大的。其中到达地球的能量高达1. 73 KW，穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为8.1KW。在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为1. 73 KW，相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匾乏、枯竭的最有效途径。 (2)存在的普遍性 虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。 (3)利用的清洁性 太阳能像风能、潮汐能等清洁能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。 (4)利用的经济性 可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用;二是在目前的技术发展水平下，有些太阳利用己具经济性。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。 太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，于常规能源有本质上的区别。人类利用太阳能主要在于解决：（1）时刻跟踪太阳的跟踪装置；（2）使太阳光聚焦，从而获得高温的集热装置；（3）传热、蓄热或能量转换装置。本跟踪装置的研究旨在解决第一个问题，以提高太阳能的接受效率。理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7%。精确地跟踪太阳可使接收器的热接收率大大提高，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。 1．2 太阳跟踪方式的概况 目前太阳能利用最普遍的形式是通过集热器将太阳能转换为热能，为了收集到尽可能多的太阳能，最好采取跟踪方式，使太阳光收集器的采光面始终对准太阳。跟踪太阳的方法有很多，但不外乎采用这两种方式:光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪;前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。 1．光电跟踪 目前，国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式，这些光电跟踪装置都使用光敏传感器如硅光电管。在这些装置中，光电管的安装靠近遮光板，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；当太阳西移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跟踪装置对准太阳完成跟踪。光电跟踪灵敏度高，结构设计较为方便;但受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往不能照到硅光电管上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机