摘 要

太阳能作为分布最广泛，储量最多，利用方式多样的清洁能源。如何更高效的开采利用成为了全球聚焦的研究课题。由于太阳高度角以及太阳日出日落的影响使得固定式的太阳能发电设备只有在太阳直射时才能得到最大发电效率，为使得太阳能面板始终直面太阳双轴追踪式太阳能发电设备应运而生。

本文使用solid works3D设计软件设计了一款双轴追踪式太阳能发电设备，并对光伏面板的追日运动进行了结构设计，选用两对步进电机加蜗轮蜗杆的装置进行组合完成对光伏面板水平角度与俯仰角度的高精度调整。相对于传统固定式太阳能发电设备，双轴追踪式太阳能设备能够相当程度上提升太阳能面板的发电效率。

论文主要研究了双轴式太阳能设备的整体及部件设计，设计部件进行校核并对设备的风载能力进行了一定计算。

关键词：双轴追踪，光伏发电，步进电机

Abstract

Solar energy is the clean energy with the most extensive distribution, the most reserves and the most diverse utilization. How to exploit and utilize more efficiently has become a global focus. Due to the influence of solar altitude angle and sunrise and sunset, the fixed solar power generation equipment can get the maximum power generation efficiency only when the sun is direct. In order to make the solar panel always face the sun, the double axis tracking solar power generation equipment came into being.

In this paper, a double axis tracking solar power generation equipment is designed by using the solid works 3D design software, and the structure of the sun chasing motion of the photovoltaic panel is designed. Two pairs of step motor and worm gear are selected to complete the high-precision adjustment of the horizontal angle and pitch angle of the photovoltaic panel. Compared with the traditional fixed solar power equipment, the double axis tracking solar energy equipment can improve the power generation efficiency of the solar panel to a certain extent. This paper mainly studies the design of the whole and components of the biaxial solar energy equipment.

The design components are checked and the wind load capacity of the equipment is calculated.

Key words: Biaxial tracking, photovoltaic power generation, stepping motor.

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外技术发展现状 2

1.2.1国外技术现状 2

1.2.2国内发展现状 3

1.3论文研究内容 4

第2章双轴跟踪系统介绍 5

2.1双轴跟踪系统介绍 5

2.2双轴追踪系统原理 5

2.3跟踪系统的优劣分析 6

第3章系统总体方案设计 8

3.1面板选型及安装 8

3.1.1面板选型 8

3.1.2面板安装及固定 9

3.2方位角转向设计 11

3.2.1传动方案选择 11

3.2.2减速机选型 11

3.2.3电机选型 12

3.3俯仰转向设计 14

3.2.1传动方案选择 14

3.2.2减速机选型 14

3.2.3电机选型 15

第4章关键零部件结构设计 17

4.1方位角转向传动轴校核 17

4.2俯仰角传动轴校核 20

4.3悬臂梁校核 22

4.4关键螺栓校核 25

4.5其他结构设计 26

第5章总结 28

致谢 29

参考文献 30

第1章绪论

1.1研究背景

太阳能是目前储量最大的能源，几乎源源不尽，在采用与使用时都没有有害气体的排放。因此太阳能成为渴望清洁与高效的人们的最佳能源选择。在1940年代，在贝尔实验室中人类历史上第一块单晶硅电池诞生了，时代在发展技术也随着时间的推进而越来越完善越来越高效，一套完整的光伏电池发电技术由此产生于成熟。在经济快速发展的同时雾霾、二氧化硫等有害气体不断占领人类的生存空间，温室效应使得地球平均气温不断上升，极端天气频发，能源改革势在必行，许多国家相继出台了鼓励新型能源的政策。太阳能领域作为最主要最关键的领域也得到了巨大的发展。尤其在2000年以后，太阳能产业以指数级的速度不断扩张。到了2016年的时候，全球累计装机容量已经从1250MW增至304300MW，每年以40.98%的复合增长率飞速扩张。

纵观太阳能发展的历史，德国走在世界的前列，在2000的时候，德国颁布了《可再生能源法》，通过政府行政推动资本将大量的资源投入太阳能市场，同时在本国强大的工业体系的加持下飞速发展。等到了2004年，德国再次修订《可再生能源法》，将太阳能电价提高，在产品价值提升后，作为利益推动的资本集团快速跟进投资，德国光伏装机容量不断提升处在第一集团的龙头地位。2000 年至 2012 年，在德国的带动下，意大利、西班牙等欧洲地区的太阳能产业快速发展，迅速成为太阳能产业的核心地区。但是随着金融危机的影响加剧，欧债危机爆发。作为太阳能产业主要推动力的资本力量在危机中受到重创，政府财政出现大量缺漏，政府已经无力再去支持在太阳能产业上的大量补贴，作为太阳能产业的主要战场几乎全部沦陷，全球太阳能产业陷入低谷。在这个全球经济下滑的状态下，中国果断实施了扩大内需的政策，在长时间的环境污染后，中国也急需一个更清洁的能量来源，故此国务院24号文件诞生，于此同时于太阳能产业相关的政策密集出台，产品的补贴也大大地促进了产业的快速发展，在多年的工业累计下，相关配套产业得以速落地，中国从此掀起光伏装机的热潮。同在亚洲的日本也在 2013年出台了超大力度的光伏发电补贴政策来鼓励本国产业发展升级，由此全球光伏在中国、日本、美国的太阳能产业快速发展推动全球市场迅速升温，太阳能产业也由欧洲为第一军团向全球化发展。在2013以后中日美的市场发展再次加速，从科技研发到产品产出全面超过欧洲的统治地位，在装机容量方面与产品出口方面几乎每年翻一倍的速度在占领市场。到了2016年时，全球光伏新增加的装机容量约 73GW，其中中国位居第一位为34.54GW、美国其次 14.1GW、日本 8.6GW、欧洲 6.9GW、印度 4GW。目前欧洲依就在欧债危机中逐渐恢复的过程里，在太阳能产业链里逐渐被淘汰出局，市场已经发生了翻天覆地的变化。

在如此大的装机容量下每0.1的效率提升都意味着非常可观的效益提升，在面板材料等方面不断发展与改进；传统的固定式发电设备咋太阳角度变化时发电的效率急剧下降，相应的发电量存在周期性峰值变化对电网相当不利，为了解决太阳能的不稳定性以及较低的效率，同时对电网进行一定保护，太阳能自动跟踪系统应运而生。