太阳能逐日跟踪系统的研究
太阳能逐日跟踪系统的研究[20191223133427]
摘 要
在不同的季节、不同的时间，太阳光针对光伏电池板的入射角和方位角总是变化的。光伏电池板根据正午时分太阳辐射最强时刻的角度固定安装的，而不能随着太阳位置的变化而旋转移动。那么在早上和下午的两个时段里，太阳光会近似平行的照射在太阳电池板上，其光电转换效率相当的低。
本次的设计通过研究光伏太阳能的输出特性来分析在不同的温度和光照条件下输出特性的变化情况。通过增加辅助的机械传动以及光敏传感器，使得光伏电池的采光面始终正对太阳光，提高日光辐射量和发电效率。
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关键字:逐日跟踪输出特性照度温度转化效率
目录
第一章 绪论 1
1.1选题的意义 1
1.2太阳能的优缺点 1
1.3太阳能电池发电系统的简介以及优缺点 2
1.4逐日跟踪系统研究的现状 3
第二章 影响光伏电池的转化效率的因素 4
2.1太阳能电池的分类 4
2.2光伏电池的发电原理 4
2.3光伏电池物理模型与特性 5
2.4光伏电池输出特性影响因素 8
2.4.1光照强度对输出特性的影响 8
2.4.2 温度对输出特性的影响 10
2.5 最大功率点跟踪 11
第三章逐日跟踪系统的设计 13
3.1跟踪系统模式的分类 13
3.1.1单轴跟踪系统 13
3.1.2双轴跟踪系统 14
3.2逐日跟踪系统的建立 15
3.2.1逐日跟踪系统的机械结构 15
3.2.2逐日跟踪机械跟踪控制模式 16
3.2.2逐日跟踪系统的电池板安装角度的设定 19
3.2.3逐日跟踪系统的流程 20
3.3 基于物理跟踪的光伏发电的综合应用 22
第四章 系统测试 25
4.1环境温度监控测试 25
4.2环境照度监控测试 26
结 语 29
参考文献 30
致 谢 31第一章 绪论
1.1选题的意义
随着现在科技的快速发展，能源问题以及环境保护问题成为如今社会关注的焦点。如今的生活中，矿物燃料是如今商业能源的主力部分，但是这些燃料的使用对环境的影响比较大，燃烧所排放的二氧化碳气体是温室气体的罪魁祸首。如今的社会，我们提倡可持续发展的模式，所以开发利用新型洁净能源已经成为当前社会的主要问题，大多数的国家都在加大力度对可再生能源进行开发研究。因为太阳能的可再生、无污染、数量大、存储量大等特点，成为了世界绿色能源的重要组成部分，也是最具优势的新型能源之一，担当解决世界能源问题以及环境保护问题的重任。为了提高太阳能的利用率、更好的利用太阳能，对光伏电池的逐日跟踪系统的分析研究也就成为相当重要的一部分。本文主要通过研究光伏电池板的输出特性、以及因为环境温度、辐照度等因素对太阳能电池板工作的影响进行研究。同时因为太阳能发电是清洁能源的一种，开发利用太阳能，对于环境保护有十分重大的意义[1]。
1.2太阳能的优缺点
随着化石燃料不断地开发利用，地球的存储量也急剧的减少，世界的能源危机问题已经成为每个国家面临的重大问题之一。每个国家都在大力开发利用新能源，在广义上来说，太阳能是万物之本，许多能量基本都是来源于太阳能，例如，风能、化学能、地热能、潮汐能等等都是受到太阳的影响而产生的。因为太阳能具有清洁性、安全性、广泛性、以及太阳能电池具有使用长寿命、免维护、资源的充足性、潜在经济性等等一系列的优点，在未来的能源战略中具有十分重要的地位。[2]
太阳能的优点：
(1)普遍性：太阳光不受地域的限制，即便是陆地还是海洋，高山还是岛屿，到处都可开发利用，不需要进行开采，也不需要运输。
(2)无害性：太阳能的开发利用，对环保有很大的积极的影响，是新能源中洁净的能源之一，对于如今越来越严重的环境污染来说，这是十分重要的。
(3)巨大性：根据统计预计每年地球表面接收的太阳辐射能相当于130万亿吨煤炭燃烧释放的能量，所以太阳能的总量是可以开发能源之中最大的。
(4)长久性：根据科学的研究数据估算太阳产生的核能速率来看，氢的存储量可以维持发光利用上百亿年，然而地球的寿命约几十亿年而已，所以太阳能具有用之不竭的特点。
太阳能的缺点[3]：
(1)分散性：尽管太阳光可以到照射到地球表面，辐照度很大，由于能流密度很低，所以达到地面的太阳光的能量很低。
(2)不稳定性：因为昼夜、季节、地理纬度以及海拔高度等诸多的自然条件的限制，还有阴、云、雨等一些随机因素的影响，所以太阳光到达地面的辐照度是不连续的，不稳定的，这对于太阳能的大规模开发利用增加难度。
(3)效率低、成本高：根据当前利用太阳能的科学技术来看，虽然很多方面在理论上是可以实现的，技术也相对成熟。但是大部分的太阳能利用装置，效率太低，成本也比较高，经济性能与常规能源无法相竞争。
1.3太阳能电池发电系统的简介以及优缺点
太阳能光伏发电是新能源的一种，太阳能光伏系统属于发电系统。光伏系统的应用形式有很多种，应用的规模也多种多样，例如：一个简单的太阳能草坪灯、或者一个大型的光伏发电站等等。虽然工作的规模不同，但是基本的工作原理和组成基本上是相同的。一般情况下，可以分成以下几个构成部分：光伏电池板方阵、充放电控制器、逆变器、以及蓄电池等等，还包括一些电力电子设备用于检控以及测试。
太阳能发电系统中的光伏电池板方阵，在太阳光的照射下，能够将太阳能转变成电能，然而电能可以利用控制器直接给直流用电器提供电能，当发电量过多的时候，还可以给蓄电池充电。如果需要给交流用电器提供电能，就需要用到逆变器，把光伏电池板的直流电转变成交流电供交流负载使用；如果在夜晚或者阴雨，发电量不足的情况下，可以让蓄电池放电提供电能，保持负载正常的工作。
一般情况下，根据是否连入国家电网的情况下，可以将光伏发电系统分为离网（独立）光伏系统和并网光伏发电系统两种。而离网光伏发电系统又可以分为三种：交流系统、直流系统以及交直流混合系统。同样的并网系统可以分为很多种，其中有：有逆流型光伏并网系统、切换型并网系统、地域型系统等等。[4]
从太阳能光伏发电系统的装置来看，有很多优点：①没有枯竭的危险；②在用电处可以就近发电；③不受资源分布地域的限制；④绝对干净（无公害，除蓄电池外）；⑤能源质量高；⑥能源的获取需要的时间比较短；⑦容易被使用者采纳；⑧具有相对安全的工作系统。
不足之处是：①获得的能源和四季、昼夜以及阴晴等一些气象条件有很大的关系；②目前来看，由于技术问题，造价比较高；③照射的能量受到大气层的影响，分布密度小。
1.4逐日跟踪系统研究的现状
我们都知道，地球自身在不断地公转和自传，所以太阳的入射光线与固定的光伏电池表面之间的夹角总是在不断地变化。为此我们如果想要得到最大的转化效率，我们必须首先了解太阳的运动轨迹的规律，研究如何有效的增加日照时间、选择最佳的日照角度，让太阳能电池可以在不同的日照时间下、不同的季节内均可以和太阳保持一个最佳的照射角度。甚至可使用基于物理跟踪的光伏系统，利用机械装置不断改变光伏电池板的角度，使它在日出后不论时间如何变化，始终能保持正向面对太阳直至日落，确保太阳的光线可以垂直的照射到电池板，这样可以使太阳辐射能量的收集效率大大的提高，从而更好的利用太阳能的，故太阳光跟踪系统又称为追日系统。太阳光的机械跟踪系统的跟踪模式的分类可根据跟踪参量的不同、旋转轴的不同或者旋转轴数量的不同来定义的。依据旋转轴的数量不同，一般的分为单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。[5]
环境对于太阳能光伏电池的转换效率也有着很大的影响。与温度有关，且因电池板的材料和制造工艺不同而变化。而影响电池板温度的因素较为复杂，包括光照强度、电池板材料、工作状态、环境温度、散热条件等。工程上通常会根据经验对温度因素进行考虑，来修正电池板的安装角度，以达到提高太阳能的最大转化效率的目的。
第二章 影响光伏电池的转化效率的因素
2.1太阳能电池的分类
太阳能电池根据其使用的材料可以分为：硅系电池、化合物系电池以及有机半导体系电池。按照太阳能电池发展进程分：第一阶段，晶体硅（单晶、多晶）光伏电池；第二阶段，薄膜电池；第三阶段，染料敏化电池，有机电池（CIGS）太阳能电池等等。
硅系太阳能电池又可以分为结晶电池以及非结晶质电池；而化合物系电池又可以分为：Ⅲ-Ⅴ族化合物（GaAs）光伏电池、Ⅱ-Ⅵ族化合物（CdS/CdTe）光伏电池以及Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物（CuInSe2）光伏电池；
摘 要
在不同的季节、不同的时间，太阳光针对光伏电池板的入射角和方位角总是变化的。光伏电池板根据正午时分太阳辐射最强时刻的角度固定安装的，而不能随着太阳位置的变化而旋转移动。那么在早上和下午的两个时段里，太阳光会近似平行的照射在太阳电池板上，其光电转换效率相当的低。
本次的设计通过研究光伏太阳能的输出特性来分析在不同的温度和光照条件下输出特性的变化情况。通过增加辅助的机械传动以及光敏传感器，使得光伏电池的采光面始终正对太阳光，提高日光辐射量和发电效率。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:逐日跟踪输出特性照度温度转化效率
目录
第一章 绪论 1
1.1选题的意义 1
1.2太阳能的优缺点 1
1.3太阳能电池发电系统的简介以及优缺点 2
1.4逐日跟踪系统研究的现状 3
第二章 影响光伏电池的转化效率的因素 4
2.1太阳能电池的分类 4
2.2光伏电池的发电原理 4
2.3光伏电池物理模型与特性 5
2.4光伏电池输出特性影响因素 8
2.4.1光照强度对输出特性的影响 8
2.4.2 温度对输出特性的影响 10
2.5 最大功率点跟踪 11
第三章逐日跟踪系统的设计 13
3.1跟踪系统模式的分类 13
3.1.1单轴跟踪系统 13
3.1.2双轴跟踪系统 14
3.2逐日跟踪系统的建立 15
3.2.1逐日跟踪系统的机械结构 15
3.2.2逐日跟踪机械跟踪控制模式 16
3.2.2逐日跟踪系统的电池板安装角度的设定 19
3.2.3逐日跟踪系统的流程 20
3.3 基于物理跟踪的光伏发电的综合应用 22
第四章 系统测试 25
4.1环境温度监控测试 25
4.2环境照度监控测试 26
结 语 29
参考文献 30
致 谢 31第一章 绪论
1.1选题的意义
随着现在科技的快速发展，能源问题以及环境保护问题成为如今社会关注的焦点。如今的生活中，矿物燃料是如今商业能源的主力部分，但是这些燃料的使用对环境的影响比较大，燃烧所排放的二氧化碳气体是温室气体的罪魁祸首。如今的社会，我们提倡可持续发展的模式，所以开发利用新型洁净能源已经成为当前社会的主要问题，大多数的国家都在加大力度对可再生能源进行开发研究。因为太阳能的可再生、无污染、数量大、存储量大等特点，成为了世界绿色能源的重要组成部分，也是最具优势的新型能源之一，担当解决世界能源问题以及环境保护问题的重任。为了提高太阳能的利用率、更好的利用太阳能，对光伏电池的逐日跟踪系统的分析研究也就成为相当重要的一部分。本文主要通过研究光伏电池板的输出特性、以及因为环境温度、辐照度等因素对太阳能电池板工作的影响进行研究。同时因为太阳能发电是清洁能源的一种，开发利用太阳能，对于环境保护有十分重大的意义[1]。
1.2太阳能的优缺点
随着化石燃料不断地开发利用，地球的存储量也急剧的减少，世界的能源危机问题已经成为每个国家面临的重大问题之一。每个国家都在大力开发利用新能源，在广义上来说，太阳能是万物之本，许多能量基本都是来源于太阳能，例如，风能、化学能、地热能、潮汐能等等都是受到太阳的影响而产生的。因为太阳能具有清洁性、安全性、广泛性、以及太阳能电池具有使用长寿命、免维护、资源的充足性、潜在经济性等等一系列的优点，在未来的能源战略中具有十分重要的地位。[2]
太阳能的优点：
(1)普遍性：太阳光不受地域的限制，即便是陆地还是海洋，高山还是岛屿，到处都可开发利用，不需要进行开采，也不需要运输。
(2)无害性：太阳能的开发利用，对环保有很大的积极的影响，是新能源中洁净的能源之一，对于如今越来越严重的环境污染来说，这是十分重要的。
(3)巨大性：根据统计预计每年地球表面接收的太阳辐射能相当于130万亿吨煤炭燃烧释放的能量，所以太阳能的总量是可以开发能源之中最大的。
(4)长久性：根据科学的研究数据估算太阳产生的核能速率来看，氢的存储量可以维持发光利用上百亿年，然而地球的寿命约几十亿年而已，所以太阳能具有用之不竭的特点。
太阳能的缺点[3]：
(1)分散性：尽管太阳光可以到照射到地球表面，辐照度很大，由于能流密度很低，所以达到地面的太阳光的能量很低。
(2)不稳定性：因为昼夜、季节、地理纬度以及海拔高度等诸多的自然条件的限制，还有阴、云、雨等一些随机因素的影响，所以太阳光到达地面的辐照度是不连续的，不稳定的，这对于太阳能的大规模开发利用增加难度。
(3)效率低、成本高：根据当前利用太阳能的科学技术来看，虽然很多方面在理论上是可以实现的，技术也相对成熟。但是大部分的太阳能利用装置，效率太低，成本也比较高，经济性能与常规能源无法相竞争。
1.3太阳能电池发电系统的简介以及优缺点
太阳能光伏发电是新能源的一种，太阳能光伏系统属于发电系统。光伏系统的应用形式有很多种，应用的规模也多种多样，例如：一个简单的太阳能草坪灯、或者一个大型的光伏发电站等等。虽然工作的规模不同，但是基本的工作原理和组成基本上是相同的。一般情况下，可以分成以下几个构成部分：光伏电池板方阵、充放电控制器、逆变器、以及蓄电池等等，还包括一些电力电子设备用于检控以及测试。
太阳能发电系统中的光伏电池板方阵，在太阳光的照射下，能够将太阳能转变成电能，然而电能可以利用控制器直接给直流用电器提供电能，当发电量过多的时候，还可以给蓄电池充电。如果需要给交流用电器提供电能，就需要用到逆变器，把光伏电池板的直流电转变成交流电供交流负载使用；如果在夜晚或者阴雨，发电量不足的情况下，可以让蓄电池放电提供电能，保持负载正常的工作。
一般情况下，根据是否连入国家电网的情况下，可以将光伏发电系统分为离网（独立）光伏系统和并网光伏发电系统两种。而离网光伏发电系统又可以分为三种：交流系统、直流系统以及交直流混合系统。同样的并网系统可以分为很多种，其中有：有逆流型光伏并网系统、切换型并网系统、地域型系统等等。[4]
从太阳能光伏发电系统的装置来看，有很多优点：①没有枯竭的危险；②在用电处可以就近发电；③不受资源分布地域的限制；④绝对干净（无公害，除蓄电池外）；⑤能源质量高；⑥能源的获取需要的时间比较短；⑦容易被使用者采纳；⑧具有相对安全的工作系统。
不足之处是：①获得的能源和四季、昼夜以及阴晴等一些气象条件有很大的关系；②目前来看，由于技术问题，造价比较高；③照射的能量受到大气层的影响，分布密度小。
1.4逐日跟踪系统研究的现状
我们都知道，地球自身在不断地公转和自传，所以太阳的入射光线与固定的光伏电池表面之间的夹角总是在不断地变化。为此我们如果想要得到最大的转化效率，我们必须首先了解太阳的运动轨迹的规律，研究如何有效的增加日照时间、选择最佳的日照角度，让太阳能电池可以在不同的日照时间下、不同的季节内均可以和太阳保持一个最佳的照射角度。甚至可使用基于物理跟踪的光伏系统，利用机械装置不断改变光伏电池板的角度，使它在日出后不论时间如何变化，始终能保持正向面对太阳直至日落，确保太阳的光线可以垂直的照射到电池板，这样可以使太阳辐射能量的收集效率大大的提高，从而更好的利用太阳能的，故太阳光跟踪系统又称为追日系统。太阳光的机械跟踪系统的跟踪模式的分类可根据跟踪参量的不同、旋转轴的不同或者旋转轴数量的不同来定义的。依据旋转轴的数量不同，一般的分为单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。[5]
环境对于太阳能光伏电池的转换效率也有着很大的影响。与温度有关，且因电池板的材料和制造工艺不同而变化。而影响电池板温度的因素较为复杂，包括光照强度、电池板材料、工作状态、环境温度、散热条件等。工程上通常会根据经验对温度因素进行考虑，来修正电池板的安装角度，以达到提高太阳能的最大转化效率的目的。
第二章 影响光伏电池的转化效率的因素
2.1太阳能电池的分类
太阳能电池根据其使用的材料可以分为：硅系电池、化合物系电池以及有机半导体系电池。按照太阳能电池发展进程分：第一阶段，晶体硅（单晶、多晶）光伏电池；第二阶段，薄膜电池；第三阶段，染料敏化电池，有机电池（CIGS）太阳能电池等等。
硅系太阳能电池又可以分为结晶电池以及非结晶质电池；而化合物系电池又可以分为：Ⅲ-Ⅴ族化合物（GaAs）光伏电池、Ⅱ-Ⅵ族化合物（CdS/CdTe）光伏电池以及Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物（CuInSe2）光伏电池；
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