1、 XXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 題 目：太陽光自動跟蹤儀系統(tǒng)設(shè)計摘 要以常規(guī)能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)隨著資源的不斷耗用將愈來愈不適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要，加速開發(fā)利用以太陽能為主體的可再生能源己成為人們的共識。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以直接將太陽光能轉(zhuǎn)換為高品位能源電能。由于太陽在天空中的位置是不斷變化的，為此本文采用了自動跟蹤系統(tǒng) 。介紹了目前國內(nèi)太陽跟蹤器的發(fā)展現(xiàn)狀，各類跟蹤器的性能特點。對目前跟蹤器存在的問題進行了分析，提出了新型自適應(yīng)復(fù)精度太陽跟蹤平臺和通過單片機控制步進電機的太陽跟蹤平臺的系列方案。關(guān)鍵詞：太陽能 自動跟蹤 Abstract目 錄 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc16

2、9618455 摘 要 PAGEREF _Toc169618455 h I HYPERLINK l _Toc169618456 Abstract PAGEREF _Toc169618456 h II HYPERLINK l _Toc169618457 第一章 緒論太陽能光伏發(fā)電概述 PAGEREF _Toc169618457 h 1 HYPERLINK l _Toc169618458 1.1 開發(fā)新能源的迫切需要 PAGEREF _Toc169618458 h 1 HYPERLINK l _Toc169618459 1.2 光伏發(fā)電的特點 PAGEREF _Toc169618459 h 1 H

3、YPERLINK l _Toc169618460 1.3 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 PAGEREF _Toc169618460 h 2 HYPERLINK l _Toc169618461 1.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡單介紹 PAGEREF _Toc169618461 h 4 HYPERLINK l _Toc169618462 1.5 本課題研究目的及所做的工作 PAGEREF _Toc169618462 h 5 HYPERLINK l _Toc169618463 第二章 光伏電池的研究與分析 PAGEREF _Toc169618463 h 6 HYPERLINK l _Toc169618464 2

4、.1 光伏電池的原理 PAGEREF _Toc169618464 h 6 HYPERLINK l _Toc169618465 2.1.1 光伏電池的光伏效應(yīng) PAGEREF _Toc169618465 h 6 HYPERLINK l _Toc169618466 2.1.2 光伏電池的物理模型 PAGEREF _Toc169618466 h 7 HYPERLINK l _Toc169618467 2.2 光伏電池的輸出特性及其影響因素 PAGEREF _Toc169618467 h 9 HYPERLINK l _Toc169618468 2.2.1 光伏電池的I-V和P-V特性曲線 PAGERE

5、F _Toc169618468 h 9 HYPERLINK l _Toc169618469 2.2.2 光伏電池的主要參數(shù) PAGEREF _Toc169618469 h 10 HYPERLINK l _Toc169618470 2.2.3 太陽的光照強度對光伏電池轉(zhuǎn)換效率的影響 PAGEREF _Toc169618470 h 11 HYPERLINK l _Toc169618471 2.2.4 溫度對光伏電池輸出特性的影響 PAGEREF _Toc169618471 h 12 HYPERLINK l _Toc169618472 第三章 光伏發(fā)電系統(tǒng)中聚光器的研究與設(shè)計 PAGEREF _To

6、c169618472 h 13 HYPERLINK l _Toc169618473 3.1 聚光比 PAGEREF _Toc169618473 h 13 HYPERLINK l _Toc169618474 3.2 典型聚光器的性能分析 PAGEREF _Toc169618474 h 14 HYPERLINK l _Toc169618475 3.2.1 拋物面反射鏡的聚光性能 PAGEREF _Toc169618475 h 14 HYPERLINK l _Toc169618476 3.2.2 復(fù)合拋物面（CPC）聚光器 PAGEREF _Toc169618476 h 16 HYPERLINK l

7、 _Toc169618477 3.2.3 折射式菲涅爾聚光器 PAGEREF _Toc169618477 h 17 HYPERLINK l _Toc169618478 3.3 聚光器的選擇和開發(fā) PAGEREF _Toc169618478 h 19 HYPERLINK l _Toc169618479 3.3.1 聚光器的選擇 PAGEREF _Toc169618479 h 19 HYPERLINK l _Toc169618480 3.3.2 CPC聚光器的實際應(yīng)用設(shè)計 PAGEREF _Toc169618480 h 20 HYPERLINK l _Toc169618481 第四章 光伏電池最大

8、功率點的跟蹤 PAGEREF _Toc169618481 h 22 HYPERLINK l _Toc169618482 4.1 最大功率點跟蹤及其實現(xiàn)目標 PAGEREF _Toc169618482 h 22 HYPERLINK l _Toc169618483 4.2 常用最大功率點跟蹤方法比較 PAGEREF _Toc169618483 h 22 HYPERLINK l _Toc169618484 4.2.1 電壓反饋法 PAGEREF _Toc169618484 h 22 HYPERLINK l _Toc169618485 4.2.2 擾動法 PAGEREF _Toc169618485 h

9、 23 HYPERLINK l _Toc169618486 4.2.3 電導(dǎo)增量法 PAGEREF _Toc169618486 h 25 HYPERLINK l _Toc169618487 4.3 最大功率點控制方法的選擇及改進斷續(xù)擾動法 PAGEREF _Toc169618487 h 26 HYPERLINK l _Toc169618488 第五章 自動跟蹤系統(tǒng) PAGEREF _Toc169618488 h 27 HYPERLINK l _Toc169618489 5.1 自動跟蹤器的研究概況 PAGEREF _Toc169618489 h 27 HYPERLINK l _Toc16961

10、8490 5.1.1 國內(nèi)太陽能自動跟蹤器的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc169618490 h 27 HYPERLINK l _Toc169618491 5.1.2 目前太陽能自動跟蹤器所存在的問題 PAGEREF _Toc169618491 h 29 HYPERLINK l _Toc169618492 5.1.3 新型跟蹤平臺的開發(fā) PAGEREF _Toc169618492 h 31 HYPERLINK l _Toc169618493 5.2 自適應(yīng)復(fù)精度太陽跟蹤平臺 PAGEREF _Toc169618493 h 31 HYPERLINK l _Toc169618494 5.2.1

11、 太陽位置探測單元 PAGEREF _Toc169618494 h 32 HYPERLINK l _Toc169618495 5.2.2 信號處理與控制單元 PAGEREF _Toc169618495 h 34 HYPERLINK l _Toc169618496 5.2.3 動力單元 PAGEREF _Toc169618496 h 37 HYPERLINK l _Toc169618497 5.2.4 實際電路 PAGEREF _Toc169618497 h 39 HYPERLINK l _Toc169618498 5.3 通過單片機控制步進電機的太陽跟蹤平臺 PAGEREF _Toc16961

12、8498 h 41 HYPERLINK l _Toc169618499 5.3.1 自動跟蹤系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc169618499 h 41 HYPERLINK l _Toc169618500 5.3.2 傳感器光敏二極管的工作過程 PAGEREF _Toc169618500 h 41 HYPERLINK l _Toc169618501 5.3.3 步進電機及其特性 PAGEREF _Toc169618501 h 44 HYPERLINK l _Toc169618502 5.3.4 基于單片機ADC812控制的驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc169618502 h 46

13、HYPERLINK l _Toc169618503 5.3.5 自動跟蹤的控制電路 PAGEREF _Toc169618503 h 54 HYPERLINK l _Toc169618504 5.3.6 軟件流程 PAGEREF _Toc169618504 h 54 HYPERLINK l _Toc169618505 第六章 蓄電池 PAGEREF _Toc169618505 h 56 HYPERLINK l _Toc169618506 6.1 蓄電池的概念 PAGEREF _Toc169618506 h 56 HYPERLINK l _Toc169618507 6.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的選用

14、 PAGEREF _Toc169618507 h 56 HYPERLINK l _Toc169618508 6.3 鉛酸蓄電池的電池反應(yīng) PAGEREF _Toc169618508 h 57 HYPERLINK l _Toc169618509 6.4 鉛酸蓄電池的充放電特性 PAGEREF _Toc169618509 h 58 HYPERLINK l _Toc169618510 6.5 蓄電池容量的設(shè)計及其充電特性 PAGEREF _Toc169618510 h 60 HYPERLINK l _Toc169618511 6.5.1 蓄電池容量的設(shè)計 PAGEREF _Toc169618511

15、h 60 HYPERLINK l _Toc169618512 6.5.2 蓄電池的充電特性 PAGEREF _Toc169618512 h 61 HYPERLINK l _Toc169618513 第七章 結(jié)論 PAGEREF _Toc169618513 h 62 HYPERLINK l _Toc169618514 參考文獻 PAGEREF _Toc169618514 h 63 HYPERLINK l _Toc169618515 致 謝 PAGEREF _Toc169618515 h 64緒論太陽能光伏發(fā)電概述開發(fā)新能源的迫切需要人們很難想象，如果沒有電人類的生活會變成什么樣子。隨著社會生產(chǎn)的

16、日益發(fā)展，人類對電的需求每年以很大幅度增加，進而對能源的需求也迅速增長。全世界對能源的消耗在1970年約為83億噸標準煤，而在1995年，這種消耗達到了140億噸標準煤，即25年間增長了69.7%，并預(yù)計，到2020年全世界對能源的消耗會達到195億噸標準煤。根據(jù)公認的估算，如果人類對能源的需求以目前的速度增長，全世界的石油將在今后40年間被耗盡，而天然氣和煤也最多分別能維持60年和200年左右?？梢姡V物燃料并不是取之不盡的。不僅如此，大量使用化石能源已經(jīng)開始造成全球變暖，燃煤會通過煤渣和煙塵放出大量有化學(xué)毒性的重金屬和放射性物質(zhì)，嚴重污染了人類的生存環(huán)境1。我國擁有居世界第一位的水能資源，

17、居世界第二位的煤炭探明儲量，居世界第11位的石油探明可采儲量。但由于我國人口眾多，人均能源資源嚴重不足，而我國現(xiàn)在所面臨的卻是能源需求量成倍增長的嚴重挑戰(zhàn)。因此，采用新能源和可再生能源以逐漸減少和替代化石能源的使用，是保護生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施。這對于世界尤其是我國是十分迫切的。而太陽能資源豐富、分布廣泛、可以再生、不污染環(huán)境，是國際社會公認的理想替代能源，所以開發(fā)利用太陽能受到越來越普遍的重視，成為目前各國都在研究的重大課題。光伏發(fā)電的特點太陽能利用可分為熱利用和光伏發(fā)電兩種方式，熱利用主要在采暖領(lǐng)域多，形式比較單一；而光伏發(fā)電可以把太陽能轉(zhuǎn)換為當今最普遍的能源利用形式

18、電能，從而具有熱利用不可比擬的優(yōu)勢，同時光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他發(fā)電系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點2：1.太陽能取之不盡，用之不竭，每天照射到地球上的太陽能是人類消耗的能6000倍。光伏發(fā)電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩(wěn)定的沖擊。2.太陽能隨處可得，就近供電，不必長距離輸送，因而避免了輸電線路等電能損失。3.太陽能不用燃料，運行成本很小。4.發(fā)電部件不易損壞，維護簡單。5.光伏發(fā)電不產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環(huán)境無不良影響，是理想的清潔能源。安裝1KW光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年可少排放二氧化碳6002300kg，一氧化氮16kg，二氧化硫9kg及其他微粒0.6kg。一個4KW的屋頂家用光伏系統(tǒng)

19、，可以滿足普通美國家庭用電需要，每年少排放的二氧化碳數(shù)量，相當于一輛家庭轎車每年的排放量。6.光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，由于是模塊化安裝，不僅可用于小到太陽能計算器的幾個毫瓦，大到數(shù)十兆瓦的光伏電站，而且可以根據(jù)負荷的增減，任意添加或減少太陽電池容量，既方便靈活，又避免了浪費。但是，目前光伏發(fā)電與電網(wǎng)供電的比較，光伏發(fā)電價格還比較高，不過其維修費用很少，隨著發(fā)電量的增加，其價格會下降，優(yōu)勢才逐漸體現(xiàn)出來。光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展前景上個世紀的70年代，由于兩次石油危機的影響，光伏發(fā)電在發(fā)達國家受到高度重視，發(fā)展較快。隨著全球性的自然資源過度開發(fā)與消耗，環(huán)境的污染和破壞，1992年聯(lián)合國召開了環(huán)境與發(fā)

20、展“世界首腦會議”，通過了里約宣言和21世紀議程，走可持續(xù)發(fā)展道路成為各國長期共同的發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展新能源和可再生能源己成為非常緊迫的任務(wù)，特別是光伏發(fā)電更受到各國政府的重視，美國政府最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃，1997年又提出“百萬屋頂”計劃，能源部和有關(guān)州政府制定了光伏發(fā)電的財政補貼政策，總光伏安裝量己達到3000MW以上，美國連續(xù)3年光伏產(chǎn)業(yè)均以高于30%的年增長率上升，其主要原因是光伏組件并網(wǎng)應(yīng)用和政策激勵引起的；瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計劃，并投巨資進行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進程，1990年德國提出1000屋頂發(fā)電計劃，1998年進一步提出10萬屋頂計劃。

21、1999年德國光伏上網(wǎng)電價為每千瓦時0.99馬克，極大地刺激了德國乃至世界的光伏市場；印度、馬來西亞等東南亞國家，也制定了國家的光伏發(fā)展計劃。澳大利亞一家名為Integral Energy的公司己開始銷售適合于家庭和辦公樓使用的、可與大電網(wǎng)聯(lián)接的太陽能成套設(shè)備。最小的太陽能成套設(shè)備發(fā)電出力為150W，包括安裝費在內(nèi)的零售價是290美元，占澳大利亞普通家庭每年耗電量的5%，每年可減少溫室氣體排放350kg。更大的太陽能發(fā)電設(shè)備出力為2.5KW，零售價為20000美元，完全能滿足澳大利亞一般家庭的用電需求。目前，最大的太陽能發(fā)電裝置出力已達到10MW，1KW的太陽能發(fā)電裝置每年發(fā)電量為1670KW

22、h，這意味著在澳大利亞每年可節(jié)省160美元的電費。 由于環(huán)保和能源持續(xù)供應(yīng)的需要，太陽能光伏發(fā)電（即光伏電池）近年來始終保持3040%的年增長量，因而被譽為全世界增長最快的能源。1999年世界光伏電池總產(chǎn)量為202MW，2001年增為375MW，隨著美國“百萬個太陽屋頂計劃”、“歐洲可再生能源白皮書”和“日本新陽光計劃”的實施，到2010年世界光伏電池容量將達20000MW。目前全球20億無電人口將從中得益3。 在我國，隨著國民經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展、綜合國力的不斷提高和科技的進步，特別是“西部開發(fā)”戰(zhàn)略的實施，利用西部地區(qū)豐富的太陽能、風(fēng)能資源解決占國土面積加以上的遼闊地區(qū)幾千萬人口的用電問題這一偉

23、大構(gòu)想己經(jīng)逐步成為現(xiàn)實。我國西部幅員遼闊、地廣人稀、負荷密度小，不利于常規(guī)電網(wǎng)的延伸。但是日照時間長，日射強度大，為光伏發(fā)電提供了得天獨厚的優(yōu)勢。通過在人口相對集中的地區(qū)建立設(shè)備容量100kVA以下的獨立光伏電站，解決鄉(xiāng)村一級基本生產(chǎn)、辦公、生活用電需要是提高用電普及率的有效途徑；同時獨立光伏電站還可為小型農(nóng)場、畜牧養(yǎng)殖中心提供電源，有利于提離當?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)機械化、自動化水平。1996年，我國由國家計委牽頭制定了實施“中國光明工程”的計劃。計劃到2010年利用風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)解決2300萬邊遠地區(qū)人口的用電問題，使他們達到人均擁有發(fā)電容量100瓦的水平，相當于屆時全國人均擁有發(fā)電容量1/3

24、的水平。2001年11月，由國家計委組織實施的“西部省份無電鄉(xiāng)通電工程光伏發(fā)電站（含風(fēng)光互補發(fā)電站）建設(shè)項目”正式啟動，該項目是“中國光明工程”計劃的重要組成部分，涉及青海省、新疆維吾爾自治區(qū)、西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、四川省、陜西省等七省區(qū)。旨在解決西部地區(qū)無電鄉(xiāng)的基本生活用電問題。另外，中科院電工所先后建成了西藏雙湖25kW、安多100kW、班戈70kW和尼瑪40kW光伏電站的建設(shè)。北京申辦2008年奧運成功，提出了“綠色奧運、人文奧運、科技奧運”的指導(dǎo)思想。要把2008年奧運會辦成最成功的一屆奧運會，光伏發(fā)電應(yīng)用必然要擔當一個重要的角色，在奧運村和運動場館規(guī)劃中，太陽能利用及光伏

25、發(fā)電站的建設(shè)均占主要的地位4。光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡單介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)是直接將太陽光能轉(zhuǎn)換為高品位能源電能的裝置，根據(jù)光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的關(guān)系，可以分為獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，獨立系統(tǒng)常用在遠離電網(wǎng)的偏遠地區(qū)，它利用蓄電池和太陽能電池構(gòu)成獨立的供電系統(tǒng)來向負載提供電能，當太陽能電池輸出電能不能滿足負載要求時，由蓄電池進行補充，而當其輸出的功率超出負載需求時，將電能儲存在蓄電池中；并網(wǎng)系統(tǒng)是將太陽能電池控制系統(tǒng)和民用電網(wǎng)并聯(lián)，當太陽能電池輸出電能不能滿足負載要求時，由電網(wǎng)來進行補充；而當其輸出的功率超出負載需求時，將電能輸送到電網(wǎng)中?；镜墓夥l(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板、DC/DC變換裝置、儲能裝置、電能

26、輸出變換裝置、控制器五大部分（如圖1-1）。為了提高光伏電池的轉(zhuǎn)換率，光伏電池板部分可以采用聚光器，常用的聚光器有拋物槽、菲涅耳透鏡、CPC聚光器、熒光式聚光器、全息聚光器和中心接受聚光器等，它們都可以不同程度的提高光伏電池的轉(zhuǎn)換率。光伏電池產(chǎn)生的電流通過DC/DC變換裝置可以直接供給各種直流負載，同時為儲能裝置充電。儲能裝置一般采用蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池。在聯(lián)網(wǎng)光伏電源系統(tǒng)中還要有交流聯(lián)網(wǎng)裝置和電能計量裝置?？刂破鳛檎麄€系統(tǒng)的控制核心，負責對系統(tǒng)各運行參數(shù)進行檢測，并根據(jù)預(yù)設(shè)和判斷做出控制指令，使系統(tǒng)能夠自動穩(wěn)定運行，并工作于最佳狀態(tài)。如果有自動跟蹤裝置，也是由同一個控制器進行集中控制，來

27、跟蹤太陽位置的變化。圖1-1.光伏電源系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)組成獨立光伏發(fā)電的跟蹤系統(tǒng)主要部分如圖1-1中A點左側(cè)所示，主要包括聚光器，對太陽的跟蹤，最大功率點的跟蹤，以及對蓄電池沖放電的控制。本課題研究目的及所做的工作目前太陽能的利用還遠遠不夠，究其原因，主要是光伏系統(tǒng)發(fā)電的投入成本太高，如何最大限度提高太陽能的利用率，降低光伏系統(tǒng)發(fā)電的成本，這仍是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。針對這一問題本文主要做了如下工作：1.為了在總功率輸出相同的情況下使用最少的光伏電池，設(shè)計采用聚光器，提高了光伏電池轉(zhuǎn)換效率。2.為使光伏電池工作于最大輸出功率點上，獲得最大功率輸出，對光伏電池輸出最大功率點的跟蹤方法進行簡單研究。

28、3.為了可以提高太陽能的接收效率，最大效率的利用太陽光的輻射，設(shè)計了兩套自動跟蹤平臺，使光伏電池始終跟蹤太陽光的方向。4.研究了蓄電池的特性及其運行方式。光伏電池的研究與分析光伏電池的原理光伏電池是利用半導(dǎo)體材料的電子特性把陽光直接轉(zhuǎn)換成電能的一種固態(tài)器件。它的種類很多，大致可分為硅光伏電池、化合物半導(dǎo)體光伏電池。其中硅光伏電池包括單晶硅、多晶硅、非晶硅電池；化合物半導(dǎo)體光伏電池包括砷化稼光伏電池等。目前大規(guī)模使用的主要是單晶硅和多晶硅電池，因為其資源豐富、轉(zhuǎn)換效率較高（澳大利亞新南威爾士大學(xué)的格林教授已將單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率提高到24%），所以現(xiàn)在開發(fā)得也最快。光伏電池的光伏效應(yīng)當適當波長的

29、光照到半導(dǎo)體系統(tǒng)上時，系統(tǒng)吸收光能后兩端產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。例如，當光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時，在一定條件下，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子電子和空穴。由于P-N結(jié)勢壘區(qū)存在著較強的內(nèi)建靜電場，因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴，或者產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴散進勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場的作用下，各向相反方向運動，離開勢壘區(qū)，結(jié)果使P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低，P-N結(jié)兩端形成生電動勢，這就是P-N結(jié)的光伏效應(yīng)。由于光照產(chǎn)生的非平衡載流子各向相反方向漂移，從而在內(nèi)部構(gòu)成自N區(qū)流向P區(qū)的光生電流，在P-N結(jié)短路情

30、況下構(gòu)成短路電流Isc。在P-N結(jié)開路情況下，P-N結(jié)兩端建立起光生電勢Voc，這就是開路電壓。如將P-N結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會不斷地有電流流過電路，P-N結(jié)起了電源的作用，這就是光電池的基本工作原理。顯然，光伏電池之所以能在光照下形成短路電流Isc，開路電壓Voc，都是由于材料內(nèi)部存在內(nèi)建靜電場的緣故。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)引出電極并接上負載，則負載中就有“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。這樣，太陽的光能就直接變成了可以付諸實用的電能。圖2-1為光伏電池的單元模型和外觀。電池單元是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，一般不單獨作為電源使用。將每個單元進行串、并聯(lián)并封裝后就成為光伏電池組件，功率一

31、般為幾瓦、幾十瓦甚至數(shù)百瓦，眾多光伏電池組件需要再進行串、并聯(lián)后形成光伏電池陣列，就構(gòu)成了“太陽能發(fā)電機（Solar Generator）”。這與傳統(tǒng)的發(fā)電方式是完全不同的：既沒有旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動部分，也不排出氣體，是清潔的、無噪聲的發(fā)電機。圖2-1單個光伏電池的模型和外觀光伏電池的物理模型光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。這個電流隨著光強的增加而增大，當接受的光強度一定時，可以將光伏電池看作恒流電源。目前使用的光伏電池可看作P-N結(jié)型二極管，因為在光的照射下產(chǎn)生正向偏壓，所以在P-N結(jié)為理想狀態(tài)的情況下，可根據(jù)圖2-2表示的等效電路來考慮。圖2-2理想狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖在這種等效電路中，加給負

32、荷的電壓V和流過負荷的電流I之間的關(guān)系式，可由下式給出。 (2-1) 其中I為電池單元輸出電流；IL為PN結(jié)電流（A）；IO為二極管的反向飽和電流（A）； V為外加電壓（V）；q是單位電荷（1.610k庫侖）；K是玻耳茲曼常數(shù)（1.3810J/K）；T是絕對溫度（K）；n為二極管指數(shù)5。 但是在實際的光伏電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負載的電流經(jīng)過它們時，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻RS來表示；同時，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負載的電流短路，這種作用可用一個并聯(lián)電阻RS

33、h來等效表示。此時的等效電路可根據(jù)圖2-3來描述，其伏安特性可由2-2式給出。圖2-3實際光伏電池等效電路圖 （2-2）此式叫做光伏電池的超越方程式。光伏電池的輸出特性及其影響因素光伏電池的輸出特性包括伏安特性、溫度特性和光譜特性，其中伏安特性和溫度特性主要通過I-V和P-V特性曲線來加以體現(xiàn)。而光譜特性主要研究光伏電池與入射光譜的關(guān)系，所以本文不對其進行討論。本節(jié)將著重探討前兩種特性及其相關(guān)參數(shù)。光伏電池的I-V和P-V特性曲線光伏電池的伏安特性是一定光強、一定溫度下，電池的負載外特性，直接反映出電池輸出功率。在一定的光強的照射下，特性曲線完全由電池的P-N結(jié)特性和電阻分散參數(shù)確定。對應(yīng)不同

34、的光照強度時，電池有不同的輸出特性曲線，曲線上任何一點都可以作為工作點，工作點所對應(yīng)的縱和橫坐標分別為工作電流和工作電壓，兩者之積即為電池的輸出功率P，即P=VI。如圖2-4所示6。圖2-4光伏電池的I-V和P-V特性曲線可以看出，此I-V曲線具有高度的非線性特征，這樣就存在一個最大功率輸出問題，在第四章中將對此問題進行研究。在P-V特性曲線中，可以看出隨著端電壓由零逐漸增長輸出功率先上升然后下降，說明存在一個端電壓值，在其附近可獲得最大功率輸出，跟I-V曲線說明了同一個問題，這為光伏發(fā)電控制方法的改進提供了途徑。光伏電池的主要參數(shù)光伏電池的幾個重要技術(shù)參數(shù)7：1.短路電流Isc：在給定日照強

35、度和溫度下的最大輸出電流。2.開路電壓Voc：在給定日照強度和溫度下的最大輸出電壓。3.最大功率點電流（IM）：在給定日照強度和溫度下相應(yīng)于最大功率點的電流。4.最大功率點電壓（VM）：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點的電壓。5.最大輸出功率（PM）：在給定日照和溫度下光伏電池可能輸出的最大功率。6.填充因子： （2-3）7.光伏電池的轉(zhuǎn)換效率：輸出功率Po與陽光投射到電池表面上的功率Ps之比，其值取決于工作點。通常采用光伏電池的最大效率值作為其效率， （2-4）以上各個參數(shù)可以在圖2-5中表示如下：圖2-5光伏電池的伏安特性曲線圖2-5中，在I-V曲線上總可以找到一工作點，此點處的輸出功率

36、最大，此點就是最大功率點（MPP），即圖中M點。M點所對應(yīng)的電流IM為最佳工作電流，VM為最佳工作電壓，PM為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至?xí)偷搅恪Ｌ柕墓庹諒姸葘夥姵剞D(zhuǎn)換效率的影響圖2-5中的伏安特性曲線是在一定的光照強度和環(huán)境溫度下得到的，在實際運用中，光伏電池的開路電壓和短路電流都會隨著兩者的變化而變化。圖2-6是溫度不變時，不同日照強度下的光伏電池的特性曲線。圖2-6不同日照強度下的光伏特性（a）光伏電池的伏安曲線；（b）光伏電池的功率電壓曲線 從實驗中得到，電池的開路電壓近似的與光強的對數(shù)成正比。光強從200

37、-1000W/m開路電壓變化比較平穩(wěn)。在實驗中也發(fā)現(xiàn)，當早晨光線不強和中午烈日當空時，所測量的開路電壓相差不大；而天空光線極差時，開路電壓會直線下降，幾乎為0。而短路電流是隨光強的增加而成正比的增加所以，在溫度恒定的情況下，電池的轉(zhuǎn)換效率會隨光強的增加而增加。對于一個給定的功率輸出，電池的轉(zhuǎn)換效率決定了所需的電池板的數(shù)量，所以電池達到盡可能高的轉(zhuǎn)換效率是極其重要的。而這個結(jié)論就為提高轉(zhuǎn)換效率提供了一種途徑：可以通過加裝聚光器來加強光照強度，從而減少光伏電池的使用，降低光伏發(fā)電的成本。溫度對光伏電池輸出特性的影響溫度上升將使光伏電池開路電壓Voc下降，短路電流則略微增大，如圖2-7是日照強度不變

38、時，不同溫度下的光伏電池的特性曲線。由公式可知其效率隨著溫度的上升而下降，即光伏電池轉(zhuǎn)換率具有負的溫度系數(shù)。所以在應(yīng)用時，如果使用聚光器，則聚光器的聚光倍數(shù)不能過大，以免造成結(jié)溫過高使電池轉(zhuǎn)換率下降甚至損害電池。圖2-7不同溫度下的光伏特性（a）光伏電池的伏安曲線；（b）光伏電池的功率電壓曲線 光伏發(fā)電系統(tǒng)中聚光器的研究與設(shè)計太陽能聚光器的工作原理：利用光學(xué)系統(tǒng)（反射或折射器）使較大面積的入射光聚集在較小面積上，提高單位面積上的入射光強度。對于給定的總能量，聚集在較小的面積上意味著較小的熱量損失。雖然太陽光經(jīng)過會聚之后會造成一定的光學(xué)損失，流失一部分能量（相對較少），但實驗表明在一定程度的光線

39、會聚之后，工作溫度有一定程度的提高。具體的聚光器工作原理和性能特點在下文中將予以詳細的分析。聚光比聚光器的聚光比，是反映聚光器聚光性能的一個重要參數(shù)，在研究聚光器之前，首先要介紹一下太陽能聚光器的聚光比。聚光比C的定義為：聚光器口徑面積和接收器吸收面積A吸之比值。具體公式如下7： （3-1）聚光比影響著聚光器的工作溫度及其成本。對于給定的入射光，聚光比越高，入射光就能會聚到越小的區(qū)域，熱能的損失越低，聚光器的工作溫度相對越高。同時根據(jù)經(jīng)驗可知，聚光比越高，聚光器的成本相對也就越貴。圖3-1表示聚光器聚光比C和聚焦中心可能達到的最高溫度Tmax之間的關(guān)系。圖3-1聚光比與聚焦中心可能達到的最高溫

40、度的關(guān)系典型聚光器的性能分析拋物面反射鏡的聚光性能理論和實驗都已證明拋物面反射鏡是能將平行于鏡面光軸的光線會聚于焦點的鏡面。由于實際的陽光并非平行光，所以陽光經(jīng)拋物面鏡聚焦后，不可能會聚在一點，而是形成一個焦斑區(qū)域。在槽形拋物面反射鏡中，接收器通常為圓管；聚焦旋轉(zhuǎn)拋物面聚光器的吸收器可以是球體、圓板、也可以是空腔球體?，F(xiàn)以槽形拋物面反射鏡和圓管接收器為例來分析拋物面反射鏡的聚光性能。圖3-2為典型的槽形拋物面反射鏡的光路圖。圖3-2槽形拋物面反射鏡的光路圖聚光器的聚光比根據(jù)定義為： （3-2）式中l(wèi)槽形拋物面反射鏡的長度；B槽形拋物面反射鏡的開口寬度；d圓管接收器的直徑。圖3-3槽形拋物面反射

41、鏡局部光路分析圖由3-2式可知，接收器的直徑的大小是由聚光比決定的。如圖3-3，與聚光比關(guān)系推導(dǎo)如下： （3-3）式中a為太陽張角的半角，具體的角度為16；R為拋物面上任何一點到接收器中心的距離，根據(jù)拋物而的方程求解得到： （3-4） （3-5）位置角，即任意一點的反射光軸與鏡面主光軸之間的夾角。是變量，3-5式不等號右邊的函數(shù)是關(guān)于的函數(shù)，不管取何值，接收器直徑必須滿足3-5式?？梢詫?-5式理解為接收器的直徑（越小損失越?。┲辽僖扔谟疫吅瘮?shù)的最大值。所以，通過求出3-5式右邊函數(shù)的最大值，得到： （3-6）將上式帶入3-2式，求得理想情況下槽形拋物面聚光器幾何聚光比C的計算式為： （3-

42、7）以上是當接收器為圓管時得到的結(jié)果。其它形狀的接收器，可以根據(jù)相同的原理進行分析8。復(fù)合拋物面（CPC）聚光器上一小節(jié)所提到的拋物面反射鏡聚光器進行聚光成像，需要平行于鏡面主光軸的光線，也就是聚光器需要接收太陽直射輻射才能工作。所以拋物面反射鏡聚光器需要附加跟蹤裝置工作。但是跟蹤裝置開發(fā)困難、制造成本較高，這使得人們轉(zhuǎn)向?qū)ふ乙环N不用跟蹤裝置的聚光器。復(fù)合拋物面聚光器，是由二片槽形拋物面反射鏡以及裝設(shè)在底部的接收器構(gòu)成。這種聚光器只聚光不成像，因而不需要跟蹤太陽，至多只需要根據(jù)季節(jié)變化作少量傾斜度的調(diào)整。要分析CPC復(fù)合聚光器的性能，我們引入這樣一個常量max入射光最大張角。其物理含義為：對任

43、意一個復(fù)合拋物面聚光器，對于在max范圍以內(nèi)的全部入射光線，都按最大聚光比聚集給接收器，超過max范圍外的光線經(jīng)過拋物面鏡反射回太空。圖3-4復(fù)合拋物面聚光器的光路分析圖 如圖3-4，已知拋物線U和拋物線V是軸對稱的，且拋物線U的焦點fU在拋物線V上，根據(jù)對稱性原理拋物線V的焦點fV也在拋物線U上；拋物線的主光軸與CPC中軸的夾角為max。根據(jù)拋物面聚光器的聚光原理以及A定義，復(fù)合拋物面聚光器有：當入射光與CPC中軸的夾角小于max時就被拋物面鏡直接反射到底部接收器上；當入射光與CPC中軸的夾角等于max時，光線就能被拋物面鏡反射到底部接收器的邊緣點（拋物面焦點fU或fV上）；當入射光與CPC

44、中軸的夾角大于max時，都被拋物面鏡反射回天空。也就是說，如果拋物鏡是理想的，投射在CPC開口上的在max之間的輻射都會被會聚到接收器上。根據(jù)已知理論，理想的二維CPC的聚光比為： （3-8）根據(jù)3-8式知，CPC的聚光比完全由max決定，要得到大的聚光比，max就必須減小，但理論及實驗均證明max減小會導(dǎo)致一年之中調(diào)整CPC的次數(shù)增加。設(shè)計CPC時要注意這些問題。折射式菲涅爾聚光器菲涅爾聚光器是一種使透射的入射光折射聚焦的聚光器，聚光器一面為平面，另一面為按照一定寬度和角度設(shè)計的鋸齒棱角，如圖3-5所示，它可以設(shè)計成點聚焦式（圓盤鏡），也可以設(shè)計成線聚焦式（長條鏡）。圖3-5菲涅爾透鏡聚光方

45、式折射式菲涅爾聚光器的工作原理相對反射式的聚光器來說較簡單。陽光從平面一側(cè)透射到另一側(cè)，經(jīng)過鋸齒棱角折射，會聚到一個小的區(qū)域范圍內(nèi)，其光學(xué)原理如圖3-6所示。圖3-6菲涅爾折射聚光器的光折射原理 設(shè)菲涅爾透鏡某一鋸齒的棱角為，當陽光垂直于透鏡平面入射時，根據(jù)光的折射幾何關(guān)系有： （3-9）式中n材料的折射率；X某一鋸齒棱的中心到主光軸的距離；f焦距。當材料和焦距確定之后，就可以根據(jù)3-9式計算離開主光軸不同距離處每一個鋸齒棱的棱角。由3-9式可知，齒棱離中心距離越遠，棱角的數(shù)值就越大。因為實際的鋸齒是有寬度的，所以陽光透過鋸齒折射之后并不是會聚在一點，而是一個焦斑區(qū)域。齒棱越窄，焦斑區(qū)域的面積

46、就越小，菲涅爾聚光器的精度就越高。聚光器的選擇和開發(fā)聚光器的選擇影響太陽能聚光器設(shè)計的有如下幾個方面：1)制造成本以及使用方便性2)工作溫度及性能3)使用壽命及維修性在已有的理論知識基礎(chǔ)上設(shè)計聚光器時，首先要根據(jù)以上因素選擇聚光器的類型。不同類型的聚光器，性能還是有一定的區(qū)別，表3-1比較了這幾種工程上常用太陽能聚光器的性能參數(shù)9。表3-1常見太陽能聚光器的性能參數(shù)比較常用太陽能聚光器的經(jīng)濟性：拋物面反射鏡聚光器加工工藝復(fù)雜，加工誤差較高，制造費用高。同時，使用拋物面反射鏡聚光器，必須附加高精度的跟蹤裝置，這樣也提高了成本。而且它在使用過程中還存在著反射層易脫落、隨時間推移性能明顯下降的問題。

47、復(fù)合拋物面聚光器省去了跟蹤裝置，最多只需對聚光器進行季節(jié)性角度調(diào)整，降低了整個系統(tǒng)的成本，但是對聚光器進行調(diào)整使得系統(tǒng)方便性有所降低。而且就復(fù)合拋物面聚光器本身來說，其結(jié)構(gòu)及其制造工藝與拋物面反射鏡聚光器基本相同，使用過程中也存在反射層易脫落、隨時間推移性能明顯下降的問題。為了保證陽光能垂直的入射到表面，菲涅爾聚光器需要精度較高的跟蹤裝置輔助工作。目前的菲涅爾聚光器，基本上都采用透明塑料擠壓成型的加工方法制成，制造方法簡單，成本非常低。因為這一優(yōu)點，現(xiàn)在國際上也在集中發(fā)展薄型菲涅爾聚光器。 通過對以上三種典型的聚光器的分析對比可知，對于太陽能中溫工業(yè)所需要的基本工作溫度來說，三種聚光器的性能相

48、差不多，選擇的關(guān)鍵就是成本問題。拋物面反射鏡的制造成本高，同時需要跟蹤裝置，成本相對最高；復(fù)合拋物面鏡的制造成本也很高，雖不需跟蹤裝置，但是使用的方便性有所降低；菲涅爾聚光器的成本非常低廉，制造工藝也非常簡單，適合大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用。如果有了高精低廉的跟蹤裝置相配合，同時對目前存在的一些問題進行研究解決，其發(fā)展前景非常廣闊。CPC聚光器的實際應(yīng)用設(shè)計從理論上講，增大CPC聚光器的開口面積，其聚光比C也越大，但同時高度也跟著增大，在制造時消耗較多材料，這從大規(guī)模太陽能應(yīng)用的經(jīng)濟角度來看是一個比較重要的問題。由于拋物線末端曲率小，反射作用不大，所以對完整的CPC反光板進行截斷處理，可以節(jié)省反光板材料，

49、而光學(xué)效率并不會降低很多。比如在CPC反光板的的高度被截去40%，而聚焦比只不過減少了12%左右，所以可以對CPC聚光器進行截短40%60%，使高度h變成h，這在實際的制作中帶來極大的方便，而且節(jié)省了材料。同時由于聚光度過大會引起光伏電池的轉(zhuǎn)換率下降，所以聚焦比也無須過大。對聚光器進行截斷優(yōu)化處理之后，CPC反光板的橫截面如圖3-7所示：圖3-7截斷后的CPC反光板和真空管CPC截面輪廓上的尖頂與真空管之間的間隙是g=12.0mm ，r=8.0mm，則尖頂?shù)秸婵展艿那芯€長t =18.33mm，該切線與水平面的夾角0=66.4。根據(jù)最大聚焦比的計算公式，作截斷之后，最大半接收角a與CPC截斷聚焦

50、比C之間的關(guān)系如圖3-8所示。從圖中可以看出，截斷聚焦比C隨最大半接收角a增大而減小的趨勢較為平緩。根據(jù)以上模型，結(jié)合文獻11的公式計算分析，截斷角D可選取在5565之間。使用聚光器后使光伏電池的轉(zhuǎn)換率由原來的10%14%提高到20%38%。圖3-8半接受角a與截斷聚焦比C的關(guān)系由于CPC聚光器有較大的接收角，所以其南北走向可以作為一個不跟蹤的聚光器來使用，因此系統(tǒng)僅要求在東西方向上跟蹤太陽即可，這大大減少了跟蹤系統(tǒng)的復(fù)雜性和投入，聚光器東西放置即可每天跟蹤太陽位置的變化。光伏電池最大功率點的跟蹤最大功率點跟蹤及其實現(xiàn)目標由2.3節(jié)光伏電池的輸出特性可知，要利用光伏電池發(fā)電，為了使其工作于最佳

51、狀態(tài)，就要使其工作于最大功率點上。如圖2-4所示，光伏電池的I-V和P-V特性曲線都對應(yīng)著一定的光照強度和結(jié)溫條件，這些條件在實際應(yīng)用中會不斷地變化，所以光伏電池的工作點會不斷地在各個曲線之間轉(zhuǎn)移，最大功率點也就會不斷變化位置。就某一條曲線而言，光伏電池的端電壓變化時，其工作點也會沿著曲線變化。因此使光伏電池工作于最大功率點上是一個提高效率的重要途徑，進行最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking）控制是光伏發(fā)電系統(tǒng)所必需采取的措施。最大功率點跟蹤控制具體到P/V特性曲線上，就是使光伏電池端電壓始終處于VM附近10。常用最大功率點跟蹤方法比較光伏系統(tǒng)中的最大功率點

52、跟蹤的控制方法很多，在許多的文獻中都有相關(guān)探討，使用不同的控制方法在其復(fù)雜程度及效果上是有很大差異的，但目前常用的方法是電壓反饋法、擾動法和電導(dǎo)增量法。電壓反饋法從光伏電池的P-V曲線上可以看到，各個曲線的最大功率點幾乎分布于一條垂直線的兩側(cè)，這說明電池的最大功率輸出點的對應(yīng)電壓大致在某個值附近，通過控制輸出電壓的大小，使得光伏電池始終工作在最大功率點附近。其控制原理是：從生產(chǎn)廠商處獲得VM值，通過控制使陣列的輸出電壓鉗位于VM值即可實現(xiàn)MPPT，也就是簡單的穩(wěn)壓控制?？刂圃韴D如4-1：光伏電池列陣光伏電池列陣DC變換器負載控制器V圖4-1電壓反饋法原理圖在系統(tǒng)對MPPT的要求不高的情況下，

53、可以用此特點簡化控制設(shè)計。此方法的優(yōu)點為原理簡單，易于實現(xiàn)，但是這種方法忽略了溫度對陣列開路電壓的影響，在溫差較大的場所使用效果不佳。采用電壓反饋法控制的比不帶MPPT的直接耦合工作方式可獲得多至20%的電能。為克服溫度變化給系統(tǒng)帶來的影響，可以在此基礎(chǔ)上加以改進：a）對給定的VM通過電位器手動按季節(jié)調(diào)節(jié)。這種辦法不夠精確，而且需要人工干預(yù)，不利于生活上使用，但具有簡單易實現(xiàn)的優(yōu)點；b）事先將不同溫度下測得的VM值存儲于微處理器中，實際運行時，微處理器通過陣列上的溫度傳感器獲取陣列溫度，通過查表確定當前的VM值。此法能夠自動調(diào)節(jié)VM，但存入的數(shù)值是固定的，在設(shè)備狀態(tài)有變化時將會出現(xiàn)較大的誤差。

54、擾動法擾動法主要根據(jù)光伏電池的P-V特性，通過擾動端電壓來尋找MPP，是目前實現(xiàn)MPPT常用的方法之一。其原理是先給定一電壓增量（Upv+U），再測量它變化后的功率，與擾動之前功率值相比，若功率值增加，則表示擾動方向正確，可朝同一方向擾動U；若功率值減小，則向相反的方向擾動U。通過不斷擾動使光伏電池逐步向最大功率點逼近。其控制原理圖如下圖4-2：光伏電池列陣光伏電池列陣DC變換器負載控制器IV圖4-2擾動法原理圖擾動法的優(yōu)點是控制電路較簡單，被測參數(shù)少，容易實現(xiàn)，制造成本較低。但仍有下列缺點：a)始終有U的存在，其輸出會有一定的微小波動，在最大功率跟蹤過程中將導(dǎo)致些微功率損失。b)當環(huán)境條件快

55、速變化時，會造成跟蹤速度緩慢，無法快速地保持在最大功率點上振蕩。c)有時受電壓、電流的突變影響，會發(fā)生程序在運行中的失序（“誤判”）現(xiàn)象。其流程圖如4-3：圖4-3擾動法流程圖電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法（Incremental conductance Algorithm）也是MPPT控制常用的算法，它是通過采集光伏電池端的電壓（電流），并根據(jù)其功率對電壓的變化率與輸出電壓、電流之間的關(guān)系來完成最大功率點追蹤的目的。如下所示，通過光伏電池陣列P-V曲線可知最大功率點PM處的斜率為零，即（4-1）、（4-2）式成立，將（4-2）式進行推算便得到（4-3）式。 Pm=V*I （4-1） dP/dV=I+V

56、* dI/dV =0 （4-2） dI/dV= -I/V （4-3）（4-3）式就是達到最大功率點的條件，即當輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負值時，電池工作于最大功率點。其控制的流程圖如圖4-4 。電導(dǎo)增量法的優(yōu)點是當太陽能電池的照度發(fā)生變化時，其輸出端電壓能以較快的方式追隨其變化，電壓波動較擾動法小；缺點是它容易受到雜波信號的干擾而造成較大的誤動作，并且跟蹤算法比較復(fù)雜，必須逐次調(diào)整以趨近于最大功率點，而無法很快調(diào)整至最大功率點，并且在跟蹤的過程中需花費相當多的時間去執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。圖4-4電導(dǎo)增量法的流程圖最大功率點控制方法的選擇及改進斷續(xù)擾動法如前面所述，電壓反饋法雖然簡單無擾動，但不能

57、對最大功率點電壓VM參考值進行自動調(diào)節(jié)，應(yīng)用范圍受到很大的限制。而擾動法則與之相反，雖能自動搜索VM，但存在擾動輸出問題。針對這些問題，根據(jù)最大功率跟蹤的要求，本文將兩者的優(yōu)點相結(jié)合，提出一種改進方法斷續(xù)擾動觀察法。該方法的原理與擾動法相似，MPPT變換器先擾動輸入電壓值（Upv+U），將測得的功率值與擾動之前功率值相比較，若功率值增加則表明擾動方向正確，一定時間間隔后再朝同一方向擾動U:若擾動后的功率值小于擾動前的值，則以相同的方式往相反方向擾動U。通過不斷擾動使陣列工作于最大功率點附近。改進之處在于，當系統(tǒng)找到最大功率點所對應(yīng)的電壓后，將在此電壓工作一定時間，而不是不停地搜索下去。當溫度的

58、變化幅度超過所設(shè)置的值時，再啟動擾動搜索。此方法既有擾動法的跟蹤能力，又有電壓反饋法的穩(wěn)定性，減少了系統(tǒng)運行的振蕩。自動跟蹤系統(tǒng)太陽在一天中東出西落，一年之中春、夏、秋、冬位置不定。顯然，在現(xiàn)有的技術(shù)下要降低光伏發(fā)電的成本，除了提高光伏電池裝置的能量轉(zhuǎn)換率（第三章中己介紹），光伏電池列陣還需要隨時跟著太陽的運動而運動才能收到最大的輻射能量。實踐表明，一般平板光伏電池采用跟蹤裝置后，平均輸出能量可提高30%以上。而且瓦數(shù)越大，造價降低就越多，這是因為跟蹤所附加的部件設(shè)備，在一定的范圍內(nèi)，（比如說從200瓦到800瓦）基本上沒有什么大變動的緣故。自動跟蹤器的研究概況國內(nèi)太陽能自動跟蹤器的研究現(xiàn)狀目

59、前我國國內(nèi)的跟蹤器基本有兩大類：一類是根據(jù)地球繞日運行規(guī)律計算跟蹤運動軌跡的主動式跟蹤器；另一類是實時探測太陽對地位置，控制對日角度的被動式跟蹤器。以下列出的幾種跟蹤器是這兩大類中的比較有代表性、應(yīng)用較多的跟蹤器11。1.主動式跟蹤器的典型代表1）控放式跟蹤器控放式跟蹤器的基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，其原理為：在太陽光接收器的西側(cè)放置一偏重，作為太陽光接收器向西的轉(zhuǎn)動力。利用控放裝置對此動力的釋放加以控制，慢慢釋放此轉(zhuǎn)動力，使太陽光接收器向西偏轉(zhuǎn)運動。該機構(gòu)成本低廉，純機械控制，不需電子控制部分及外接電源。但是該跟蹤器容易產(chǎn)生過跟蹤的情況，只能用于單軸跟蹤，精度低。而且跟蹤器不能自動復(fù)位，不能滿足

60、晝夜更替之后的跟蹤需求，除非另外加復(fù)位機構(gòu)，這又使得跟蹤器的成本提高。2）時鐘式跟蹤器時鐘式跟蹤器有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時法：根據(jù)太陽在太空中每分鐘的運動角度，計算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，從而確定出電機的轉(zhuǎn)速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應(yīng)變動。其特點是電路簡單，但由于時鐘累積誤差不斷增加，系統(tǒng)的跟蹤精度很低；系統(tǒng)需外接電源，日夜不停的運轉(zhuǎn)，浪費能源。圖5-1控放式跟蹤器工作原理圖3）采用計算機控制和天文時間器控制的跟蹤器這類跟蹤器需要大規(guī)模集成電路以及數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的計算機處理系統(tǒng)來控制工作，成本很高。所以，它們一般用于天文臺和氣象臺對太陽的觀測或者大型發(fā)電廠，面向