论文-自动追踪太阳的新型太阳能集热系统.doc

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自动追踪太阳的新型太阳能集热系统（论文）

2007-3-

摘要

针对当前太阳能热水器多为固定式特点，开发出一种自动追踪太阳的新型太阳能集热系统。

本系统由支架、转盘、集热板、微控制器、电动机、滑道、齿轮传动螺杆等部件组成。其特征是集合了自动控制与机械设计技术。太阳能热水器一端铰接在转盘，另一端由传动螺杆支持。在光敏传感器的感光条件下，获取太阳光信号并转换成电信号，再经过比较器的比较从而识别出阳光照射的方向并将这一信息输给单片机，通过单片机对输入信号的识别从而触发单片机内程序并且通过单片机向步进电机驱动器输入控制信号，从而控制步进电机驱动转盘达到太阳能集热板实时追踪太阳的要求。集热板底部由铰链固定在转盘，上部有传动螺杆支撑，光线的变化通过传感器，单片机，步进电机，齿轮和传动螺杆的升降自动调节安装角。在有太阳辐射的时候充分接收太阳直射辐射，提高集热效率。

关键词：太阳能光敏传感器步进电机单片机

1.绪论

1.1我国太阳能源概况

我国太阳能源相当丰富，每年能够获得的太阳能源大约为3.6×1022J,就分布而言，我国2/3的国土面积太阳能年平均辐射总量在5.9×106KJ/m2以上，大致可以分为5个太阳能资源带[见表（一）]。丰富的资源为我国进行太阳能的开发利用提供了条件，同时，地域的广阔和资源的多样性也向我们提出了挑战。

表（一）我国太阳能资源带分布情况

资源代号

名称

辐射指标

(MJ/m2·a）

全年日

限时数

代表地区

世界相当区

A

资源丰富带

6700-8400

2800-3300

宁夏北，甘肃北，新疆东，青海西和西藏西等

印度，巴基斯坦北部

B

资源较富带

5850-6700

3000-3200

晋北，冀北，蒙南，宁夏南，甘肃中，青海东，西藏东南，新疆南等

印尼的雅加达一带

C

资源一般带

5000-5800

2200-3000

鲁，豫，冀东南，晋南，吉，辽，填及陕北，甘肃东南，广东南，福建南，苏皖北和北京等

美华盛顿地区

D

资源较贫带

4200-5000

1400-2200

湘，鄂，贛，浙，佳，黑龙江等省和广东北部，陕南，苏皖南等

意大利米兰地区

E

资源贫乏带

3400-4200

1000-2200

川，贵两省

巴黎，莫斯科

随着我国人民生活水平的提高和生态意识的加强，在住宅加装太阳能热水器已经越来越为人们所接受。对于一般小康住宅来说，家庭日常能耗的20-30﹪用于生活热水，这为各类热水器提供广阔的生存空间。据统计，我国目前各类太阳能热水器生产厂家忧4000家，总年产量超过400万m2（采光面积）。全国太阳能热水器实用总量1413万m2,为3000万城乡居民提供生活热水。

我国太阳能热水器产品种类分布，1997年全国太阳能热水器的年产量中闷晒式约占25﹪，平板热水器约占45﹪，真空管热水器约占30﹪；1999年全国太阳能热水器全年销售中，闷晒式热水器占24﹪，平板式热水器占38﹪，真空管热水器也占38﹪。后两种产品代表着目前的主流科技，总体呈上升趋势。

1.2国内外研究现状

现在，无论是国内还是国外，在太阳能的利用方面的开发和研究都进行的如火如荼。而在太阳能热水器这个领域，主要是集中在真空管集热、房顶的集热热水系统和大型的平板型的太阳能热水系统。而国外也有应用了太阳自动跟踪系统，但是主要是集中在集中式的集热器；所谓的集中式就是把太阳光集中到一个接受器，使接受器得到很高的温度。为了使这种集热器得到最佳的性能，所以把太阳自动跟踪系统应用到了这方面，使集热器在一天里都能直接对准太阳。由于此技术含量很高，造价高，很难在家庭太阳能热水器及其它日常用品上得到普遍的应用。

然而本套系统是通过光敏传感器来识别太阳直射角度，从而通过控制系统调节集热板的角度，使其一直处于太阳直射的状态下来提高集热板的效率。本套系统不仅较大地提高了集热效果，并且造价低廉，适合在家庭太阳能热水器及其它日常用品上推广。

1.3研究目的

本系统研究的目的是利用光敏传感器对太阳光强弱的感光效果，转换为电信号，再经比较器的放大比较，识别信号的强弱，再将比较结果传给单片机，通过单片机对比较结果的识别，向步进电机输入控制信号，从而控制集热板的角度，使其处于太阳直射的状态，最终达到提高集热效果的作用，提高太阳能的利用率。

2.理论基础

2.1光敏电阻器的特性

光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。?

????用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如