太阳能及其利用率的提高

2023/2/4太阳能及其利用率的提高2023/2/4太阳能的优势1.储量极其丰富，取之不尽，用之不竭；2.普遍性，太阳能不像其它能源那样具有分布的偏集性，它处处都可就地利用，有利于缓解能源供需矛盾和运输压力；3.清洁无污染；4.经济性，利用太阳能发电，既不会污染环境，又取之不尽，无处不在。因此从长期来看，其发电成本低得多。2023/2/4辐射总量大但能流密度低利用率低成本高劣势天气影响需要相当大面积的转换设备自然条件限制（海拔，经纬等）2023/2/4

如何提高太阳能的利用率？2023/2/4提高太阳能利用率的方法一，提高太阳能装置的能量转化率二，提高太阳能的接收效率前者属于能量转化领域，有待研究后者利用现有技术可以解决2023/2/4提高太阳能接收效率的方法提高太阳能利用率的主要方法是采用跟踪系统对太阳进行跟踪。太阳能跟踪系统是保持太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置。理论分析,采用跟踪系统可以提高37.7%的能量接收率。2023/2/4采样光强对比太阳能跟踪系统的工作状态常态（好天气情况）下的对日跟踪状态；2.间歇式跟踪。如一天当中有一段时间为多云或阴天或恶劣天气时，该系统将甄别为不适宜跟踪，整个系统便处于暂停状态。待光线和跟踪条件适宜时，系统会有一个快速跟踪指令，使跟踪仪大致对准太阳。之后，程序会进行另一组信号采集处理，完成精细跟踪；

2023/2/43.自动回位。日落后，系统会自动进入休眠状态，并自动回归到太阳升起的方位。第二天再自动进入新一轮的运转。4.恶劣天气状态的保护：当环境风速或降水等因素不适宜系统工作时，跟踪仪会自动停止工作，并使整个大系统的受光面与地平面成平行状态或垂直状态，以避免系统遭到破坏。2023/2/4主要应用领域

（1）光伏领域的平板光伏发电和500倍以下的CPV系统；（2）光热领域的抛物面跟踪（如太阳灶、高温太阳能采暖、太阳能热化工等）；（3）太阳能槽式集热；（4）太阳能塔式热电等。2023/2/4太阳能跟踪器的类型1，压差式太阳能跟踪器2，控放式太阳能跟踪器3，机械式太阳能跟踪器4，计算机控制的全自动跟踪装置2023/2/42023/2/4压差式太阳能跟踪器工作原理

这种跟踪装置的采光板南北放置，其倾角可按不同季节通过手动调节。为了取得太阳的偏移信号，在反射镜周边设有一组空气管作为时角的跟踪传感器。当太阳偏移时，两根空气管受太阳的照射不同，管内产生压差。当压差达到一定的数值时，压差执行器就发出跟踪信号，用压力为0.1MPa的自来水作为跟踪动力来带动采光板跟踪太阳。当采光板对准太阳时，管内压力平衡，压差执行器又发出停止跟踪信号。2023/2/4

其主要的优点是结构比较简单、制作费用低、跟踪器的跟踪灵敏度高。这种跟踪器在实际中应用范围很广，每天当太阳刚升起3－5min后，采光板跟踪对准太阳。但是存在机构刚度低、工作空间受限制的缺点，而且一般只用于单轴跟踪。另外，不能完成自动对太阳往返于南北回归线之间的运动跟踪，只能每隔一段时间重新对准阳光。因此，跟踪精度特别低，需要人为干涉，无法达到自动跟踪太阳。优缺点2023/2/4控放式太阳能跟踪器工作原理

控放式自动跟踪装置对太阳方位角进行单向跟踪，操作时，在集热装置西侧安放一偏重，作为太阳能采光板向西转动的力，并利用控放式自动跟随装置对此动力的释放加以控制，使集热装置随着太阳的西偏而转动。这种把原动力与控制部件分离的方法，可以简化控制装置的结构，减少能量消耗(采光板转动的动能来源于偏重的势能)，为不用外接源创造了条件。2023/2/4

其优点是成本低廉，可以不用外接电源，使收集到的能源充分转化利用。但是该机构只能做成单轴跟踪器，虽然采用多谐振动器，仍然存在着跟踪过度的情况，也存在着刚度较低的问题，不能适应野外恶劣的工作环境，特别是大风会对装置造成影响。优缺点2023/2/4机械式太阳能跟踪器工作原理

这是一种被动式的跟踪装置，可以有单轴和双轴两种形式。这种跟踪装置通过电机以恒定的速度带动太阳能采光板运动来实现对太阳的运行轨迹的跟踪。1997年美国研制出了单轴太阳跟踪器，能完成东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的热接收率提高了15%。2023/2/4优缺点

其优点是结构简单、便于制造，并且该装置的控制系统也十分简单；但是该装置跟踪精度不高，需要人为进行干涉，不能完全达到自动跟踪太阳的要求。2023/2/4计算机控制的全自动跟踪装置

目前，日本、法国、瑞士等许多国家在太阳辐射的业务观测中，都已使用全自动太阳跟踪装置。

这种跟踪装置为双轴跟踪，有光电传感器跟踪和视日运行轨迹跟踪两种跟踪方式。2023/2/4光电传感器跟踪装置工作原理

光电跟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，使追踪装置对准太阳完成跟踪。目前，国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式。2023/2/4优缺点

其优点是光电跟踪灵敏度高，结构设计较为简单，不需要人为干涉，可以完全自动跟踪太阳。其精度可以达到很高，也可以调节精度；但是该种机构易受天气的影响，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，则太阳光线往往不能照射到硅光管上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误动。也就是说，它无法达到间歇式跟踪的要求。2023/2/4视日运动轨迹跟踪系统视日运动轨迹系统根据跟踪系统的轴数可分为单轴和双轴两种。单轴跟踪一般采用3种方式:一是倾斜布置东西跟踪;二是焦线南北水平布置，东西跟踪;三是焦线东西水平布置，南北跟踪。这3种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪。双轴跟踪可以分为两种方式:极轴式全追踪和高度角－方位角式全追踪。在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳，从而获得最多的太阳能。全跟踪(即双轴跟踪)就是根据这样的要求而设计的。2023/2/4工作原理

视日运行轨迹跟踪方法是通过计算机计算太阳运行轨迹，并自动跟踪其轨迹来实现对太阳的跟踪。在天文学上，太阳的观测位置是可以根据当地的地理位置和时间来确定的，计算机就根据这一信息来确定太阳的观测位置。2023/2/4优缺点

其优点是通过计算机运算使跟踪装置可以全天跟踪，而不需要人为地干预和帮助。但是采用视日运行轨迹跟踪方法需要完成日出时间和日落时间的计算。在日出前，跟踪装置按照一定的运行轨迹到达预定的位置等待日出;在日落后，跟踪装置又需要按原路线返回到日出前位置，对达到自动回位状态有难度。另一方面，这种跟踪方式对机构的机械加工水平和仪器的安装都有较严格的要求，要求机构的加工精度必须足够高，成本较高。另外，由于算法、机械加工精度以及仪器的安装等原因，跟踪精度受到了一定的限制。2023/2/42023/2/4研究展望针