1. 研究目的与意义（文献综述）

能源短缺问题是目前很多国家面临的最重要的问题之一。在当今不可再生资源如石油煤矿等能源日益短缺的今天，对清洁能源的开发利用成了很多国家重视的课题。太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广阔，已经和风能成为各国竞相开发的绿色能源。但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题。如果能始终保持太阳板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，则能充分利用丰富的太阳能资源。太阳能追踪系统能增加太阳集能器或光伏模块接收的太阳能，能提高日用功率和年输出功率，比固定式系统成本高，且更复杂。然而，太阳能追踪系统能增加年输出功率而有效地降低成本，据国外研究，单轴太阳能追踪系统比固定式系统能增加25％的功率输出，而双轴太阳能追踪系统比固定式系统能增加41％的功率输出。我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元，也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一，尤其是西藏地区，空气稀薄，透明度高，年日照时间长达1600-3400小时之间，每天日照6小时以上年平均天数在275--330天之间，辐射强度大，年均辐射总量7000兆焦耳/平方米，地域呈东向西递增分布，年变化呈峰型，资源优势得天独厚，应用前景十分广阔。因此，设计开发能自动追踪太阳光照的电磁机械系统，尤其在我国这样一个太阳能非常丰富的国家是非常有价值的研究课题。而目前太阳能光伏系统中大部分都是固定式，效率相对较低，跟踪式对于能源缺乏的今天来说更有长远的未来。

美国Blaekaee，在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的热接收率提高了15%。1998年美国加州成功研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使热接收率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。1994年在德国北部，太阳能厨房投入使用，该厨房也采用了单轴太阳能跟踪装置。近年来，随着控制技术的不断发展与控制成本的不断降低，实现对太阳方位角和高度角的精确跟踪的二轴跟踪技术已成为研究与运用的热点。国内不少专家学者也相继开展了这方面的研究。1992 年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994 年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器完成了单向跟踪，国家气象局计量站在1990年研制了FST型全自动太阳跟踪器，成功地应用于太阳辐射观测。由中国科学院电工研究所、北京科诺伟业科技有限公司联合研制的大型高压并网光伏逆变器以及单、双轴跟踪并网光伏发电系统在西藏羊八井可再生能源示范基地正式并网运行，该单、双轴跟踪并网光伏发电系统则是目前我国容量最大、技术最先进的跟踪系统，采用目前国际上主流技术，具有外形美观、噪音低、跟踪精度高、耗电量小、耐侯性好的特点，平均发电量提高20%以上。中国专利CN201039038公开了一处用于光伏发电的自适应对日跟踪装置，无需控制和驱动电机用的电子元器件，结构简单、 使用寿命长、可靠性高、成本低、耐气候性好。由此看来，全球太阳能跟踪器的研发和使用都比较成熟，但在光伏发电中占有的比例还是较低，主要还是以固定式为主，其主要原因在于太阳能跟踪器的成本相对较高。但是，太阳能跟踪器能提高25%到41%的功率输出，从长远意义来看，更加具有经济价值和使用价值。截止2017，全球新增太阳能装机量超85GW，光伏累计装机约为390GW，而中国光伏发电新增装机34GW，累计装机容量130GW，新增和累计装机容量均为全球第一。在全球范围，太阳能跟踪器系统市场增长了32%，出货量达到14.5GW，在这14.5GW中，出货量前三名的太阳能跟踪器生产厂均出自外国，中国的中信博新能源科技有限公司的出货量则排名第四。太阳能跟踪器的市场占有率还是很低，所以对结构简单、 使用寿命长、可靠性高、成本低、耐气候性好的太阳能跟踪器的研究和优化具有很实用和长远的意义。

2. 研究的基本内容与方案

设计题目为dta-2型太阳能跟踪驱动装置设计，即课题要求完成太阳能跟踪器的设计，总体要求为能让电池板跟踪太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板，提高太阳能光伏组件的发电效率，课题研究分为四个方面：1、跟踪方式。2、跟踪系统的驱动装置。3、跟踪系统的机械装置。4、控制方式。

2.1 跟踪方式

3. 研究计划与安排

1-3周 查阅资料，提出总体方案，撰写开题报告
4-6周 分析给定参数，确定总体设计方案
7-10周 机械结构详细设计
11-12周 控制系统设计
13-14周 撰写毕业论文
15周 毕业答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 陈建彬，沈惠平，丁磊，危凤江.太阳能光伏发电二轴跟踪机构的研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造，2010
[2] 宋飞.全球光伏产业“波浪式”前行[N].中国电力报，2015
[3] 赵玉文. 21世纪我国太阳能利用发展趋势[J].中国电力，2000
[4] 覃彪，刘杨，马程枫.太阳能利用技术发展现状及前景分析[J].化工管理，2017
[5] 成大先.机械设计手册（机械传动）.化学工业出版社，2010
[6] 机械设计手册编委会.机械设计手册. 机械工业出版社，2004.
[7] （美）DS SolidWorks公司.SolidWorks零件与装配教程：2014版.机械工业出版社，2015
[8] 王敏.SolidWorks 2014中文版机械设计完全自学手册.机械工业出版社，2015
[9] 赵燕，徐汗斌.PLC--从原理到应用程序设计.电子工业出版社，2013
[10] 马林联.PLC技术及应用编程.中国电力出版社，2014
[11] （日）坂本正文.步进电机应用技术.科学出版社，2010
[12] 岂兴明，苟晓卫.PLC与步进伺服快速入门实践.人民邮电出版社，2011
[13] 宋孝炳，朱华炳，张希杰，张娟，林坤.高精度太阳能双轴跟踪器的设计研究[J]，机械制造与自动化，2013
[14] 陈旭平，熊德敏，胡联红. 步进电动机在太阳能跟踪器上的应用[J].2008
[15] 王京，杜晓玉，王汝彬，王美蕴.双轴太阳能跟踪器的设计与实现[J].机械工程师，2012
[16] 徐海鹏.双轴式太阳能自动跟踪系统[J].北方工业大学，2014
[17] Liqiang Wang，Li Zhou，Mingxue Zhang. Solar auto-tracking system with two axes based on GPS positioning algorithm[C].Proceedings of 2013 International Conference on Future Energy,Environment,and Materials(FEEM 2013 V88)，2013
[18] F. Duarte, P.D. Caspar and L.C. Gonsalves.Two Axes Solar Tracker Based on Solar Maps, Controlled by a Low-Power Microcontroller[J].Journal of Energy and Power Engineering，2011
[19] Hassan Fathabadi.Comparative study between two novel sensorless and sensor based dual-axis solar trackers[J].Solar Energy，2016