摘 要

太阳能光伏发电技术已经得到了广泛的应用。太阳能光伏发电相比火力，柴油，水力发电具有很多的优点。为了提高太阳能光伏发电的效率就需采用太阳跟踪系统。太阳跟踪成为国内外学者研究的热点。现今太阳跟踪系统主要存在的问题是：刚度低、跟踪范围小、精度低的特点。所以各国的科研工作者都在努力开发新型的太阳跟踪方式。大多数都采用双轴跟踪。其中，极轴式跟踪方式是一种通过极轴与赤纬轴的运动组合来实现对太阳的全跟踪。

本文首先对极轴式太阳跟踪系统的工作原理进行了分析和说明。这套系统主要采用步进电机直接驱动极轴转动。另外使用一台步进电机，通过同步带传动来带动赤纬轴的转动。最后本文还对这套极轴式太阳跟踪系统的运动误差进行了分析。

关键词：太阳能光伏发电，步进电机，极轴式

Abstract

Solar photovoltaic power generation technology has been widely used. Solar photovoltaic power generation compared to fire, diesel, hydroelectric power has many advantages. In order to improve the efficiency of solar photovoltaic power generation need to use the sun tracking system. Sun tracking has become a hot topic for domestic and foreign scholars. The main problems of today's solar tracking system are: low rigidity, small tracking range and low accuracy. So the national scientific research workers are trying to develop a new type of solar tracking. Most of them use biaxial tracking. Among them, the polar axis tracking method is a kind of movement through the polar axis and the weft axis to achieve the full tracking of the sun.

In this paper, the working principle of the polar axis sun tracking system is analyzed and explained. This system mainly uses the stepping motor to drive the polar axis directly. In addition the use of a stepper motor, through the belt drive to drive the rotation of the weft. Finally, this paper also analyzes the motion error of the polar axis sun tracking system.

Keywords: solar photovoltaic power generation, stepper motor, pole shaft type

目 录

摘要 II

Abstract III

第1章 绪论 2

第2章 极轴式太阳跟踪系统的理论分析 3

2.1 极轴式太阳跟踪系统的原理 3

2.2 极轴式太阳跟踪系统的运动分析 3

第3章 极轴式太阳跟踪系统的结构设计 4

3.1 太阳能电池板的设计 4

3.1.1 太阳能电池组件的选型 4

3.1.2 太阳能电池组件的计算 4

3.1.3 太阳能电池组件的排布 5

3.2 极轴式跟踪系统的结构设计 6

3.2.1 总体设计方案 6

3.2.2 极轴的设计计算 7

3.2.3 赤纬轴的设计计算 9

3.2.4 轴的结构设计 10

3.2.5 联轴器设计 13

3.2.6 太阳能电池板框架设计 14

3.2.7 支架的设计 15

第4章 极轴式太阳能跟踪系统的传动设计 17

4.1 极轴式太阳能跟踪系统运动特性 17

4.2 极轴与赤纬轴驱动电机的设计选型 17

4.3 赤纬轴传动设计 19

4.3.1 传动形式的选择 19

4.3.2 同步带传动的设计 20

4.4 极轴轴端联轴器的选型 22

4.5 轴承的选择 24

4.6 极轴式太阳跟踪系统的运动误差分析 24

第5章 结束语 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

21世纪人类将使用什么样的能源？随着石油，煤灰等不同再生的矿物质能源日益减少；因其使用带来巨大的环境污染；在地球生态环境继续恶化的情况下，使用化石能源最多的部门将采取什么样的对策?

从地球能源资源的情况来看，实现能源可持续发展的唯一道路是利用核能与可再生能源。这条道路并不难走，可是在当今的商业社会里，商品的价格起着很大的支配作用，抑制了新能源的发展。 因此，大力开拓新能源与再生能源如核能，风能，太阳能等的实际应用变成人类解决能源紧缺，保护生态环境的重要战略选择。新能源中太阳能是作为新能源的重要部分，因其具有取之不尽；用之不竭；无污染等特点；太阳能辐射到地球的部分，除了一部分向天空散射回去外，均被地球吸收。这些在开发利用中蕴藏着极大的市场前景，越来越受到人们的欢迎，可利用光和热的直接转换，光电转换等。其中，利用“光生伏打效应”将光能直接装换成电能即太阳能光伏发电是最为重要的的一种转化过程，目前在太阳能发电方面人们所面临的主要问题是利用率不高和成本较高，而通过提高利用率可相应减少发电成本，因此，如何最大限度地提高利用率成为国内外研究的热点。目前解决这一问题地主要是从两方面入手，一是提高电池的转换率。二是提高太阳能的接受率，前者属于能量转换领域，还有点研究，而后者利用太阳跟踪与非跟踪，能量接受率相差37.7%。可见，精确的跟踪可是太阳能的接受率大大提高，进而提高太阳能的利用率。

  极轴式太阳能跟踪：极轴式太阳能跟踪系统的坐标是赤纬角和时角，其优点在于装置每日只需跟踪时角的变化，而赤纬角在一天内的变化甚微，只需做定期调整即可。这使结构得到简化，成本相应降低。

第2章 极轴式太阳跟踪系统的理论分析

2.1 极轴式太阳跟踪系统的原理

太阳追踪系统设计的目的是实现对太阳运动的全跟踪。极轴式太阳跟踪系统的基本原理如下图所示：太阳跟踪系统的一轴指向地球北轴，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。工作时太阳能电池板绕极轴转动，其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以跟踪太阳的视日运动；另外，太阳能电池板还要围绕赤纬轴作俯仰转动是为了适应赤纬角的变化，通常根据每天的变化定期调整。极轴式跟踪系统通过极轴和赤纬轴的转动，基本上可以实现对太阳运动的全跟踪。