太阳能自动跟踪系统设计论文(2)

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1.2.3 目前太阳能的开发和利用
人类直接利用太阳能有三大技术领域[4]， 即光热转换、 光电转换和光化学转换， 此外， 还有储能技术。 太阳光热转换技术的产品很多，如热水器、开水器、干燥器、采暖和制冷，温室与太 阳房，太阳灶和高温炉，海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。
1.2.4 太阳能的特点
太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大优点[5]： 第一，它是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的 11 亿年中，太阳 消耗了它本身能量的 2%，可以说是取之不尽，用之不竭
。 第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。 第三，太阳能是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也 没有噪音，更不会影响生态平衡。 太阳能的利用有它的缺点： 第一，能流密度较低，日

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照较好的，地面上 1 平方米的面积所接受的能量只有 1 千瓦 左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多， 成本增加。 第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。
1.3 课题研究的目的
本课题研究一种基于光电传感器的太阳光线自动跟踪装置，该装置能自动跟踪太阳光 线的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能 量利用率。
1.4 研究课题的意义
1.4.1 新环保能源
长期以来[6]，世界能源主要依靠石油和煤炭等矿物燃料，而这些矿物作为一次性不可 再生资源，储量有限，而且燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地球气温升高，生态环境恶 化。据国际能源机构预测，人类正面临矿物燃料枯竭的严重威胁。这种全球性的能源危机， 迫使各国政府投入大量的人力和财力，研究和开发新能源，如太阳能等。 能源危机，环境保护成为当今世界关注的热点问题。[7]据联合国环境规划署资料，目 前矿物燃料提供了世界商业能源的 95%， 且其使用在世界范围内以每 10 年 20%的速度增长。 这些燃料的燃烧构成改变气候的温室气体的最大排放源，按照可持续发展的目标模式，决 不能单靠消耗矿物原料来维持日益增长的能源需求。因此越来越多的国家都在致力于对可 再生能源的深度开发和广泛利用。其中具有独特优势的太阳能开发前景广阔。日本经济企
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划厅和三泽公司合作研究认为，到 2030 年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。
[8]
基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”
的严重问题，本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率，而进行太 阳追踪系统的开发研究，这对我们面临的能源问题有重大的意义。同时太阳能又是一种无 污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。
1.4.2 提高太阳能的利用率
[9]
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这就对太阳能的收集和
利用提出了更高的要求。尽管相继研究出一系列的太阳能装置如太阳能热水器、太阳能干 燥器、太阳能电池等等，但太阳能的利用还
远远不够，究其原因，主要是利用率不高。就 目前的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热 点。[10]解决这一问题应从两个方面入手，一是提高太阳能装置的能量转换率，二是提高 太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术则可解 决

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。太阳跟踪系统为解决这一问题提供了可能。不管哪种太阳能利用设备，如果它的集热 装置能始终保持与太阳光垂直，并且收集更多方向上的太阳光，那么，它就可以在有限的 使用面积内收集更多的太阳能。但是太阳每时每刻都是在运动着，集热装置若想收集更多 方向上的太阳光，那就必须要跟踪太阳。香港大学建筑系的教授研究了太阳光照角度与太 阳能接收率的关系，[11]理论分析表明:太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差 37.7%， 精确的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用 率，拓宽了太阳能的利用领域。
1.5 太阳能利用的国内外发展现状
日本是世界上太阳能开发利用第一大国，也是太阳能应用技术强国。日本太阳热能的
[12] 利用， 从 1979 年第二次石油危机后开始， 1990 年进入普及高峰。 太阳能技术日益创新，
能量转换率不断提高，成本也是新能源中最低的。日本将太阳能的利用分为太阳光能和热 能两种。太阳光能发电，是利用半导体硅等将光转化为电能。从 2000 年起，日本太阳能 发电量一直居世界首位，2003 年太阳能发电装机容量约为 86 万千瓦，占世界太阳能发电 装机容量的 49.1%，并计划到 2010 年达到 482 万千瓦，增加约 6 倍。 德国对太阳能资源的利用可追溯到 20 世纪 70 年代，现在德国已经在太阳能系统的开 发、生产、规划和安装等方面积累了大量经验，发明了一系列高效的太阳能系统。[13]1990 年德国政府推出了“一千屋顶计划” ，至 1997 年已完成近万套屋顶系统，每套容量 1～5 千瓦，累计安装量已达 3.3 万千瓦。根据德国联邦太阳能经济协会的数字，在过去的几年 中，德国太阳能相关产品的产量增加了 5 倍，增速比其他国家平均水平高出一倍。另据德 新社报道，全球最大的太阳能发电厂已在德国南部巴伐利亚州正式投入运营。这家太阳能 发电厂投资 7000 万欧元，占地 77 万平方米，发电总容量达 12 兆瓦，能为 3500 多个家庭
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供电。截至 2005 年年底，德国共有 670 万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器，每年可生 产 4700 兆瓦的热量。已用 4%的德国家庭利用了清洁环保、用之不竭的太阳能，估计每年 可节约 2.7 亿升取暖用油。 目前，美国太阳能光伏发电已经形成了
从多晶硅材料提纯、光伏电池生产到发电系统 制造比较完备的生产体系。2005 年，[14]美国光伏发电总容量达到 100 万千瓦，排在日本 和德国之后，居世界第 3 位。为了降低太阳能光伏发电系统的生产成本，美国政府最近制 定了阳光计划， 大幅度增加了光伏发电的财政投入， 加快多晶硅和薄膜

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半导体材料的研发， 提高太阳能光伏电池的光电转化效率。目前，美国正在新建几座新的太阳能电站。预计到 2015 年，美国光伏发电成本将从现在的 21～40 美分/千瓦时降到 6 美分/千瓦时，届时， 太阳能光伏发电技术的竞争力将会大大增强。太阳能在能源发展中占有相当的优势，据美 国博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，到 2050 年后，核能将占第一位，太阳 能占第二位，21 世纪末，太阳能将取代核能占第一位，很多国家对太阳能的利用加强了重 视。 意大利 1998 年开始实行“全国太阳能屋顶计划” ，将于 2002 年完成，总投入 5500 亿 里拉，总容量达 5 万千瓦。印度也于 1997 年 12 月宣布，将在 2002 年前推广 150 万套太 阳能屋顶系统。法国已经批准了代号为“太阳神 2006”的太阳能利用计划，按照该计划， 每年将投入 3000 万法郎资金，到 2006 年，法国每年安装太阳能热水器的用户达 2 万家。 我国由建设部制定的《建筑节能“九五”计划和 2010 年规则》中已将太阳能热水系 统列入成果推广项目。[15]目前我国太阳能热水器的推广普及十分迅速，1997 年销售面积 …… 此处隐藏：3070字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……