太阳能自动跟踪系统的探索与模拟实验.ppt
太阳能自动跟踪系统的探索与模拟实验 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望太阳能利用研究的重要性 能源短缺和环境保护地球每天收到的太阳能约41015 千瓦时，相当于2.5108 万桶石油太阳能清洁无污染、取之不尽、用之不竭我国每年接收到335873KJ/cm2 太阳辐射的主要特点太阳能利用率不高的原因太阳能利用率不高的原因：v分散性v方向性v不稳定性 太阳跟踪系统：太阳跟踪系统：使太阳光永远垂直照射在接收 面上（能量积分）提高太阳能的吸收率和转化率提高太阳能的吸收率和转化率提高太阳能的利用率图1 一天中日照量随时间的变化及由倾角决定的辐射量的不同（6月份在英国的测定实例）目前使用的跟踪系统v单轴太阳能自动跟踪器 v步进式太阳能自动跟踪n可自动跟踪的太阳灶n五像限法太阳自动跟踪仪n单轴液压式自动跟踪n极轴式跟踪 不足：结构复杂，跟踪精度不高，不能全自动跟踪太阳能自动跟踪系统的设计思想太阳能自动跟踪系统的设计思想 最大最大能量积分能量积分“多元法三维多元法三维”太阳自动跟踪系统太阳自动跟踪系统 一、“多元法”太阳定位装置 图2“多元法”太阳定位装置简图ABCDEFabcdef 图3 单方向定位装置示意图 光敏电阻的布置 n正中央的光敏电阻与电池板垂直，最边上的两上光敏电阻与电池板的夹角可由下公式确定：光敏电阻的布置 图3 角计算图-R晨光L/2On某地黄昏时电池板与地面的夹角，（电池板的极大转角）n当地早晨光线与地面的夹角（太阳高度角）nR半圆柱体的半径nL电池板的长度与“多元法”定位装置相对应，整个系统必须用6个电机分别对Aa、Bb、Cc、Dd、Ee、Ff 方向进行控制，各个控制系统的原理图如图4所示。开关A和B（或B）具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰。三、控制系统U开关A开关B开关B电机+图4 控制电路图三、控制系统 开关设计具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰消除环境的干扰 光敏电阻LDR1用以探测太阳辐射，而LDR2用来探测环境亮度，通过太阳辐射与环境亮度的比较结果来决定哪个电机转动、向哪个方向转动。同时可以根据需要调节可变电阻RV1，使得当LDR1接收到的太阳辐射是LDR2的几倍（如1.2倍）时，相应的电机向相应的方向转动一定角度。v“滞后效应滞后效应”:“滞后效应”是通过反馈电阻R5实现的,滞后的幅度与R5的数值成反比，当R5开路时，滞后幅度为零。v“暗触发暗触发”:当光照水平降到一个特定的数值上时继电器接通，但是直到光照强度确实再一次地上升到这个特定数值以上，否则此继电器是不会再断开的。开关A开关A图5-(a)环境比较“暗触发”开关741RLA120RRV110k正常LDR1R210kLDR2R31kR42kR523+_476+_D1IN4001U2N3906开关B开关B、B上的光敏电阻分别是单方向定位装置（图3）两边的电阻，一个光敏电阻用一个控制电路。开关B导通时，电机沿逆时针方向转动；开关B导通时，电机沿顺时针方向转动。开关A和B（或B）都具有很高的灵敏度和稳定性，且不易受环境温度和电源电压的影响。开关B741RLA120RRRRV110k正常LDR1R210kLDR2R31kR42k23+-476D1 IN40012N3906+-U 图5-(b)环境比较“光触发”开关四、小灯自动跟踪系统试验四、小灯自动跟踪系统试验 3.1试验原理 图6是自动跟踪装置的机械结构示意图。小木板固定在支架上，细绳两端分别固定在小木板的两端的绳轮上，与步距角为1.8o的步进电机转轴通过1：10的卷筒轴相连。小木板中央固定着如图3所示的单方向定位装置，由五个电阻为1K2M的光敏电阻镶嵌在半圆柱体上，每两个光敏电阻相间隔18o，且正中央的光敏电阻与小木板垂直。电阻的深度为5cm，这样确保小手电筒的光照要离开前一个光敏电阻时，恰好能照在后一个光敏电阻上。4.1试验原理图6 机械示意图小木板定位装置+电机细绳支架电源4.2 控制系统控制电路还是图4所示的电路图。“开关A”与5-(a)类似，只是将LDR2换成10k的电阻，如7-(a)图所示，电路中的光敏电阻置于定位装置中央。显然，该电路也具有灵敏精密、“滞后效应”和“暗”触发的特点。如7-(b)图所示，开关B、B的电路与图5-(b)类似，也是将LDR2换成电阻为10k的电阻，它们的光敏电阻分别是定位装置两边的电阻。开关A图7-(a)具有滞后特性的精密“暗触发”开关+_23476RLA120RRV110k正常LDR741R5R210kR110k+_D1IN4001U2N3906R31kR42k开关B741RLA120RRV110k正常LDRR210kR110kR31kR42k23+-476D1 IN40012N3906图7-(b)灵敏且精密的光触发开关+-U 试验时，用手电筒照射定位装置，并使光线从左向右运动。当光照在第一个光敏电阻上时，开关A（暗触发）和B同时接通，电机带动木板向逆时针方向转动一定角度，光从第一个光敏电阻离开并照在第二个光敏电阻上，电机带动木板又向逆时针方向转动相同的角度，这时光照在正中央的光敏电阻上，即光垂直照在小木板上，开关A断开（暗触发），电机不转；光继续向右运动，照在第四个光敏电阻上，开关A和B接通，电机带动木板向顺时针方向转动一定角度，这时光又垂直照在小木板上，开关A断开（暗触发），电机不转4.3运行过程 4.4试验结果 如此反复地进行跟踪小灯。当手电筒光的运动速度不大于5cm/s时，经过20次的来回运行，系统的跟踪误差不超过1o,累积定位误差较小；当手电筒光的运动速度大于5cm/s小于15cm/s时，经过20次的来回运行，系统的跟踪误差为2o3o；当手电筒光的运动速度大于15cm/s时，经过20次的来回运行，系统的跟踪误差大于3o。4.5 讨论讨论与应用前景与应用前景全自动跟踪、积累误差小；抗干扰能力强、可靠性高、自耗能量低；v采用该太阳自动跟踪系统能大大提高太阳能的利用率;v可以利用单片机控制，以更精确地跟踪v 本系统可用于其它太阳能利用装置，有广泛的应用前景。五五 参考文献参考文献 1日 浜川圭弘 等著 田小平 等译 太阳光发电 新时代出版社19792 陆利生 单轴太阳能自动跟踪器液压传动系统的设计 新能源 1994，16（10）3 王志峰 抛物跟踪式太阳高温集热器的研究 太阳能学报 2000，21（1）4冷长庚 编 太阳能及其利用 科学出版社19755苏步霄 等 敏感器件及其应用 中国铁道出版社 19876林珊 等 太阳能发电系统的最大功率跟踪控制 新能源 1999，21（2）7美 Isaas.R.霍尔斯特罗姆 著 张汝航 等译 太阳能电池与太阳能电子线路 上海科技文献出版社 1984。致 谢南京理工大学教务处本科生科研基金南京理工大学教务处本科生科研基金资助理学院物理实验室理学院物理实验室老师、以及一些研究生感谢陆建教授陆建教授对本工作的关心与指导对对大大学学期期间间关关心心、帮帮助助和和支支持持过过我我的的所所有有老师、同学和朋友表示衷心的感谢！老师、同学和朋友表示衷心的感谢！感感谢谢我我父父母母、家家人人等等亲亲人人对对我我人人生生旅旅途途的的关心和支持！关心和支持！
