太阳能自动跟踪系统实验.ppt

1、太阳能自动跟踪系统实验,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： 分散性 方向性 不稳定性,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,单轴太阳能自动跟踪器 步进式太阳能自动跟踪 可自动跟踪的太阳灶 五像限法太阳自动跟踪仪 单轴液压

2、式自动跟踪 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,最大能量积分 “多元法三维”太阳自动跟踪系统,一、“多元法”太阳定位装置,光敏电阻的布置,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,某地黄昏时电池板与地面的夹角，（电池板的极大转角） 当地早晨光线与地面的夹角（太阳高度角） R半圆柱体的半径 L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

3、功能，以消除环境的干扰。,三、控制系统,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 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。,“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。 “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

4、以上，否则此继电器是不会再断开的。,开关A,开关A,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B,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，

5、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,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,开关B,试验时，用手电筒照射定位装置，并使光线从左向右运

6、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

7、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； 采用该太阳自动跟踪系统能大大提高太阳能的利用率; 可以利用单片机控制，以更精确地跟踪 本系统可用于其它太阳能利用装置，有广泛的应用前景。,五 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1979 2 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1975 5苏步霄 等 敏感器件