太阳能电池板双轴跟踪系统设计-中期报告

3.0 闻远设计 2023-07-14 83 4 1.07MB 17 页 15光币

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完成开题报告。

完成第 1 章绪论部分撰写。主要介绍课题研究的目的、意义以及国内外研究现

状，给出了本文的主要研究内容和组织结构。

1.对第二章进行了撰写，太阳能电池板双轴跟踪系统设计整体方案进行了设计。

1.1 研究方案

对太阳光线的跟踪器根据所选用的轴数可分为单轴和双轴跟踪两种方式。

方案一：单轴跟踪

单轴跟踪装置一般采用三种方式:

(l)倾斜布置东西跟踪;

(2)焦线南北水平布置，东西跟踪;

(3)焦线东西水平布置，南北跟踪。

这三种方式都是南北方向或东西方向的单轴跟踪，工作原理基本相似。以第一种

跟踪方式为例，阐述单轴跟踪原理，如图 1。

图 1 倾斜布置东西跟踪

图1所示为单轴跟踪装置的转轴南北倾斜方向布置。控制器计算太阳角度的变

化，控制转轴转动，使太阳能电池板作东西运动，以跟踪太阳。采用这种跟踪方式，

只有在转轴倾斜角度与太阳高度角互余时才能使得太阳光与电池板相垂直。采用单轴

跟踪的特点是结构简单，但是由于入射光线不能始终与主光轴平行，收集光线的效

果并不理想。

方案二：双轴跟踪

如果能够同时跟踪太阳两个角度的变化，就能获得更多的太阳能量，双轴跟踪

就是根据这样的要求而设计的。双轴跟踪通常可以分为两种方式:极轴式全跟踪和高度

角—方位角式全跟踪。

(l)极轴式全跟踪

极轴式全跟踪是指电池板的一轴指向地球北极，即与地球自转轴相平行，故称

为极轴。另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。电池板绕极轴用与地球自转角速度相同方

向相反的固定转速进行跟踪，电池板按照季节时间的变化围绕赤纬轴作俯仰运动以

适应赤纬角的变化。这种跟踪方式并不复杂，但从力学角度分析，在结构上电池板的

重量不通过极轴轴线，极轴支撑装置的设计比较困难。

(2)高度角一方位角全跟踪

高度角一方位角全跟踪建立在地平坐标系基础上，如图 2-4 所示，两轴分别为方

位轴和俯仰轴，方位轴垂直于地面，俯仰轴垂直于方位轴。根据太阳角度的计算方

法，工作时电池板根据太阳位置的理论计算值，绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰

轴作俯仰运动改变电池板的倾斜角，使电池板始终与太阳光线垂直。这种跟踪装置的

跟踪准确度高，而且电池板的重量保持在垂直轴所在的平面内，支持机构容易设计。

但是在计算太阳角的过程中容易出现误差，影响跟踪准确度。

图2 双轴跟踪

本文设计方案：

机构结构：步进电机 1固定在支架上，步进电机 1的输出轴连接小齿轮 1，小齿

轮1与大齿轮啮合。齿轮连接着主轴上，主轴安装在支架上(主轴相对于支架可以转

动)，步进电机 2安装在主轴前端的一块板上，步进电机 2的输出轴连接小齿轮 2，小

齿轮 2与齿圈啮合，齿圈连接着太阳能板，转动架安装在主轴上。

机构实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏离时。控制部分发出控制信号驱动

步进电机 1带动小齿轮 1转动，小齿轮 1带动大齿轮和主轴转动；同时控制信号驱动

步进电机 2带动小齿轮 2，小齿轮 2带动齿圈和太阳能板转动，通过步进电机 1、步进

电机 2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。

图3 设计方案纵向

图4 设计方案横向

根据上述的讨论可知，目前对太阳光线的追踪多为单轴和双轴式跟踪。通过实验

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摘要：

完成开题报告。完成第1章绪论部分撰写。主要介绍课题研究的目的、意义以及国内外研究现状，给出了本文的主要研究内容和组织结构。1.对第二章进行了撰写，太阳能电池板双轴跟踪系统设计整体方案进行了设计。1.1研究方案对太阳光线的跟踪器根据所选用的轴数可分为单轴和双轴跟踪两种方式。方案一：单轴跟踪单轴跟踪装置一般采用三种方式:(l)倾斜布置东西跟踪;(2)焦线南北水平布置，东西跟踪;(3)焦线东西水平布置，南北跟踪。这三种方式都是南北方向或东西方向的单轴跟踪，工作原理基本相似。以第一种跟踪方式为例，阐述单轴跟踪原理，如图1。图1倾斜布置东西跟踪图1所示为单轴跟踪装置的转轴南北倾斜方向布置。控制器计算太阳...

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