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XXXXX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目
太陽能自動(dòng)跟蹤裝置與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系 部
XXXXXX
專 業(yè)
XXXXXX
學(xué)生姓名
XXXX
學(xué)號(hào)
XXXXX
指導(dǎo)教師
XXXXX
職稱
XXXXX
畢設(shè)地點(diǎn)
2013年 X月XX日
設(shè)計(jì)（論文）
題目
太陽能跟蹤裝置與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、 本課題的研究目的和意義
太陽能是已知的最原始的能源，它干凈、可再生、豐富，而且分布范圍廣，具有非常廣闊的利用前景。但太陽能利用效率低，這一問題一直影響和阻礙著太陽能技術(shù)的普及，如何提高太陽能利用裝置的效率，始終是人們關(guān)心的話題，太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為解決這一問題提供了新途徑，從而大大提高了太陽能的利用效率。
太陽能以其不竭性和環(huán)保優(yōu)勢(shì)已成為當(dāng)今國內(nèi)外最具發(fā)展前景的新能源之一。光伏（PV）發(fā)電技術(shù)在國外已得到深入研究和推廣,我國在技術(shù)上也已基本成熟，并已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問題，這對(duì)太陽能的收集和利用裝置提出了更高的要求。目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，不能充分利用太陽能資源，發(fā)電效率低下。如果能始終保持太陽能電池板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，則能充分利用豐富的太陽能資源。根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，在太陽能發(fā)電中，相同條件下，采用自動(dòng)跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35 %左右。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)能自動(dòng)追蹤太陽光照的控制系統(tǒng)，是非常有價(jià)值的研究課題。
太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對(duì)太陽能的收集和利用提出了更高的要求。目前，提高太陽能利用率的研究主要集中在兩方面：一方面是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，另一方面是提高太陽能的集熱率；前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決【1】。無論哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的采光裝置能自動(dòng)追蹤太陽并始終保持與太陽光垂直，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。太陽能電池發(fā)電原理：利用光伏發(fā)電，即通過一對(duì)有光響應(yīng)的器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角有關(guān)，當(dāng)太陽光線與太陽電池板平面垂直時(shí)轉(zhuǎn)換率最高。采用自動(dòng)追光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率可提高40%。
因此在這樣一個(gè)大前提下，我們需要制作一套全自動(dòng)太陽能追光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最大限度地使用太陽能，相信在不久的將來，它可以真正用到實(shí)處，用到人們的日常生活中去
二、 國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展
太陽輻照追蹤裝置要對(duì)應(yīng)于晝夜、陰晴更替。太陽落山時(shí)，追蹤裝置朝向西邊，然后停止工作，并能夠復(fù)位；當(dāng)遇到烏云遮住太陽時(shí)，追蹤裝置傳感單元無法反應(yīng)出太陽光線的變化，當(dāng)烏云過后太陽可能偏離較大的角度，這種情況下就要求追蹤裝置傳感探測(cè)單元能夠在較大的范圍內(nèi)反應(yīng)出太陽光線的變化。
現(xiàn)有用于太陽觀測(cè)科學(xué)研究的太陽追蹤裝置雖然追蹤準(zhǔn)確但是價(jià)格太昂貴，如國家氣象計(jì)量站研制的FST型全自動(dòng)太陽跟蹤器采用傳感器定位和太陽運(yùn)行軌跡定位相結(jié)合的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了赤道架型太陽跟蹤器的缺點(diǎn)，具有全自動(dòng)、全天候、跟蹤精度高等優(yōu)點(diǎn) 。這種大型精密儀器由于價(jià)格昂貴，通用性和性價(jià)比不高。
普通民用太陽追蹤裝置比如1997年美國Blackace研制的單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的白動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的熱接收率僅提高了15% 。1998年美國加州成功的研究了ATM兩軸跟蹤器，該裝置在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使熱接收率進(jìn)一步提高。JoeI.H.Goodman研制了活動(dòng)太陽能方位跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個(gè)方位跟蹤器具有人直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽能收集器可以從為、到西跟蹤太陽，以提高夏天季節(jié)里能量的獲取率。2002年2月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。這些普通民用太陽追蹤裝置，普遍存在的問題是精度差。
市場(chǎng)急需一種追蹤范圍廣、精度高，原理結(jié)構(gòu)簡單、方便使用的太陽追蹤裝置，并盡快將一技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從而推動(dòng)太陽能的普及利用，拓寬太陽能的利用領(lǐng)域。
三、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）
本文所介紹的太陽跟蹤裝置采用了光電追蹤方式，可實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度跟蹤。論文的主要工作包括:
(l)分析太陽運(yùn)行規(guī)律，比較國內(nèi)外主要的幾種跟蹤方案，提出合理的跟蹤策略。
(2) 機(jī)械部分也是實(shí)現(xiàn)追蹤目的的關(guān)鍵，主要是機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算，裝配圖及其零件圖。
(3)分析傳感器工作原理，分析該傳感器大范圍、高精度跟蹤的可行性。
(4)選取控制方案，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)。
(5)設(shè)計(jì)控制電路，伺服電路以及PLC接線電路。
四、 研究思路和方法
本課題主要研究太陽追蹤器，課題要求通過對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析，制定出幾種結(jié)構(gòu)方案，通過對(duì)多種方案的比較，選擇比較合理的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，使之具有實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方面的要求。
主要思路：首先認(rèn)真分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，確定設(shè)計(jì)方案； 其次，小組成員間分工合作，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，將數(shù)據(jù)匯總分析，及時(shí)對(duì)方案進(jìn)行修改，提高設(shè)計(jì)效率；最后，對(duì)產(chǎn)品的工程圖進(jìn)行繪制和裝配，觀察各部件間是否有運(yùn)動(dòng)干涉，避免在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生事故。最后，對(duì)控制方案進(jìn)行比較，最后選取最為適合的控制方案，完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
主要方法：充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)二維圖的繪制和裝配圖的繪制，同時(shí)了解PLC控制器的特點(diǎn)，編寫控制程序。
五、 本課題的進(jìn)度安排
起訖日期：2012年12月8日至2013年6月10日
進(jìn)度安排：2012年12月～2013年01月
查閱資料，了解所要做的內(nèi)容，學(xué)習(xí)有關(guān)太陽追蹤器的資料。
2012年01月～2013年02月 運(yùn)用查閱的資料知識(shí)，選擇設(shè)計(jì)方案。
2013年02月～2013年03月 完善方案選擇，準(zhǔn)備開題報(bào)告。
2013年03月～2013年04月 翻譯文獻(xiàn),準(zhǔn)備期中檢查。
2013年04月～2013年05月 條件允許，去公司考察研究。
2013年05月～2013年06月 寫畢業(yè)論文，并裝訂成冊(cè)，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
2013年06月初期 論文形式、內(nèi)容審閱, 畢業(yè)答辯，上交資料
六、 參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師（簽名）：
年 月 日
所在系（所）意見
負(fù)責(zé)人（簽章）：
年 月 日