太陽(yáng)能及其利用率的提高

2023/2/4太陽(yáng)能及其利用率的提高2023/2/4太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)1.儲(chǔ)量極其豐富，取之不盡，用之不竭；2.普遍性，太陽(yáng)能不像其它能源那樣具有分布的偏集性，它處處都可就地利用，有利于緩解能源供需矛盾和運(yùn)輸壓力；3.清潔無(wú)污染；4.經(jīng)濟(jì)性，利用太陽(yáng)能發(fā)電，既不會(huì)污染環(huán)境，又取之不盡，無(wú)處不在。因此從長(zhǎng)期來(lái)看，其發(fā)電成本低得多。2023/2/4輻射總量大但能流密度低利用率低成本高劣勢(shì)天氣影響需要相當(dāng)大面積的轉(zhuǎn)換設(shè)備自然條件限制（海拔，經(jīng)緯等）2023/2/4

如何提高太陽(yáng)能的利用率？2023/2/4提高太陽(yáng)能利用率的方法一，提高太陽(yáng)能裝置的能量轉(zhuǎn)化率二，提高太陽(yáng)能的接收效率前者屬于能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，有待研究后者利用現(xiàn)有技術(shù)可以解決2023/2/4提高太陽(yáng)能接收效率的方法提高太陽(yáng)能利用率的主要方法是采用跟蹤系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤。太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)是保持太陽(yáng)能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，讓太陽(yáng)光的光線(xiàn)隨時(shí)垂直照射太陽(yáng)能電池板的動(dòng)力裝置。理論分析,采用跟蹤系統(tǒng)可以提高37.7%的能量接收率。2023/2/4采樣光強(qiáng)對(duì)比太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)常態(tài)（好天氣情況）下的對(duì)日跟蹤狀態(tài)；2.間歇式跟蹤。如一天當(dāng)中有一段時(shí)間為多云或陰天或惡劣天氣時(shí)，該系統(tǒng)將甄別為不適宜跟蹤，整個(gè)系統(tǒng)便處于暫停狀態(tài)。待光線(xiàn)和跟蹤條件適宜時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)快速跟蹤指令，使跟蹤儀大致對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。之后，程序會(huì)進(jìn)行另一組信號(hào)采集處理，完成精細(xì)跟蹤；

2023/2/43.自動(dòng)回位。日落后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并自動(dòng)回歸到太陽(yáng)升起的方位。第二天再自動(dòng)進(jìn)入新一輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。4.惡劣天氣狀態(tài)的保護(hù)：當(dāng)環(huán)境風(fēng)速或降水等因素不適宜系統(tǒng)工作時(shí)，跟蹤儀會(huì)自動(dòng)停止工作，并使整個(gè)大系統(tǒng)的受光面與地平面成平行狀態(tài)或垂直狀態(tài)，以避免系統(tǒng)遭到破壞。2023/2/4主要應(yīng)用領(lǐng)域

（1）光伏領(lǐng)域的平板光伏發(fā)電和500倍以下的CPV系統(tǒng)；（2）光熱領(lǐng)域的拋物面跟蹤（如太陽(yáng)灶、高溫太陽(yáng)能采暖、太陽(yáng)能熱化工等）；（3）太陽(yáng)能槽式集熱；（4）太陽(yáng)能塔式熱電等。2023/2/4太陽(yáng)能跟蹤器的類(lèi)型1，壓差式太陽(yáng)能跟蹤器2，控放式太陽(yáng)能跟蹤器3，機(jī)械式太陽(yáng)能跟蹤器4，計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)跟蹤裝置2023/2/42023/2/4壓差式太陽(yáng)能跟蹤器工作原理

這種跟蹤裝置的采光板南北放置，其傾角可按不同季節(jié)通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)。為了取得太陽(yáng)的偏移信號(hào)，在反射鏡周邊設(shè)有一組空氣管作為時(shí)角的跟蹤傳感器。當(dāng)太陽(yáng)偏移時(shí)，兩根空氣管受太陽(yáng)的照射不同，管內(nèi)產(chǎn)生壓差。當(dāng)壓差達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，壓差執(zhí)行器就發(fā)出跟蹤信號(hào)，用壓力為0.1MPa的自來(lái)水作為跟蹤動(dòng)力來(lái)帶動(dòng)采光板跟蹤太陽(yáng)。當(dāng)采光板對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)，管內(nèi)壓力平衡，壓差執(zhí)行器又發(fā)出停止跟蹤信號(hào)。2023/2/4

其主要的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、制作費(fèi)用低、跟蹤器的跟蹤靈敏度高。這種跟蹤器在實(shí)際中應(yīng)用范圍很廣，每天當(dāng)太陽(yáng)剛升起3－5min后，采光板跟蹤對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。但是存在機(jī)構(gòu)剛度低、工作空間受限制的缺點(diǎn)，而且一般只用于單軸跟蹤。另外，不能完成自動(dòng)對(duì)太陽(yáng)往返于南北回歸線(xiàn)之間的運(yùn)動(dòng)跟蹤，只能每隔一段時(shí)間重新對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光。因此，跟蹤精度特別低，需要人為干涉，無(wú)法達(dá)到自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。優(yōu)缺點(diǎn)2023/2/4控放式太陽(yáng)能跟蹤器工作原理

控放式自動(dòng)跟蹤裝置對(duì)太陽(yáng)方位角進(jìn)行單向跟蹤，操作時(shí)，在集熱裝置西側(cè)安放一偏重，作為太陽(yáng)能采光板向西轉(zhuǎn)動(dòng)的力，并利用控放式自動(dòng)跟隨裝置對(duì)此動(dòng)力的釋放加以控制，使集熱裝置隨著太陽(yáng)的西偏而轉(zhuǎn)動(dòng)。這種把原動(dòng)力與控制部件分離的方法，可以簡(jiǎn)化控制裝置的結(jié)構(gòu)，減少能量消耗(采光板轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能來(lái)源于偏重的勢(shì)能)，為不用外接源創(chuàng)造了條件。2023/2/4

其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，可以不用外接電源，使收集到的能源充分轉(zhuǎn)化利用。但是該機(jī)構(gòu)只能做成單軸跟蹤器，雖然采用多諧振動(dòng)器，仍然存在著跟蹤過(guò)度的情況，也存在著剛度較低的問(wèn)題，不能適應(yīng)野外惡劣的工作環(huán)境，特別是大風(fēng)會(huì)對(duì)裝置造成影響。優(yōu)缺點(diǎn)2023/2/4機(jī)械式太陽(yáng)能跟蹤器工作原理

這是一種被動(dòng)式的跟蹤裝置，可以有單軸和雙軸兩種形式。這種跟蹤裝置通過(guò)電機(jī)以恒定的速度帶動(dòng)太陽(yáng)能采光板運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡的跟蹤。1997年美國(guó)研制出了單軸太陽(yáng)跟蹤器，能完成東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器的熱接收率提高了15%。2023/2/4優(yōu)缺點(diǎn)

其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡(jiǎn)單；但是該裝置跟蹤精度不高，需要人為進(jìn)行干涉，不能完全達(dá)到自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的要求。2023/2/4計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)跟蹤裝置

目前，日本、法國(guó)、瑞士等許多國(guó)家在太陽(yáng)輻射的業(yè)務(wù)觀測(cè)中，都已使用全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置。

這種跟蹤裝置為雙軸跟蹤，有光電傳感器跟蹤和視日運(yùn)行軌跡跟蹤兩種跟蹤方式。2023/2/4光電傳感器跟蹤裝置工作原理

光電跟蹤裝置利用光敏傳感器(如硅光電管)進(jìn)行太陽(yáng)光的檢測(cè)。在這些裝置中，光電管的安裝靠近遮光板。通過(guò)調(diào)整遮光板的位置，使遮光板對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)、硅光電池處于陰影區(qū);當(dāng)太陽(yáng)西移時(shí)，遮光板的陰影偏移，光電管受到陽(yáng)光直射輸出一定值的微電流，作為偏差信號(hào)，經(jīng)放大電路放大，由伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整角度，使追蹤裝置對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)完成跟蹤。目前，國(guó)內(nèi)常用的光電跟蹤有重力式、電磁式和電動(dòng)式。2023/2/4優(yōu)缺點(diǎn)

其優(yōu)點(diǎn)是光電跟蹤靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，不需要人為干涉，可以完全自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。其精度可以達(dá)到很高，也可以調(diào)節(jié)精度；但是該種機(jī)構(gòu)易受天氣的影響，如果在稍長(zhǎng)時(shí)間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽(yáng)的情況，則太陽(yáng)光線(xiàn)往往不能照射到硅光管上，導(dǎo)致跟蹤裝置無(wú)法對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，甚至?xí)饒?zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)。也就是說(shuō)，它無(wú)法達(dá)到間歇式跟蹤的要求。2023/2/4視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)視日運(yùn)動(dòng)軌跡系統(tǒng)根據(jù)跟蹤系統(tǒng)的軸數(shù)可分為單軸和雙軸兩種。單軸跟蹤一般采用3種方式:一是傾斜布置東西跟蹤;二是焦線(xiàn)南北水平布置，東西跟蹤;三是焦線(xiàn)東西水平布置，南北跟蹤。這3種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的南北向或東西向跟蹤。雙軸跟蹤可以分為兩種方式:極軸式全追蹤和高度角－方位角式全追蹤。在太陽(yáng)高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽(yáng)，從而獲得最多的太陽(yáng)能。全跟蹤(即雙軸跟蹤)就是根據(jù)這樣的要求而設(shè)計(jì)的。2023/2/4工作原理

視日運(yùn)行軌跡跟蹤方法是通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，并自動(dòng)跟蹤其軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。在天文學(xué)上，太陽(yáng)的觀測(cè)位置是可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤蜁r(shí)間來(lái)確定的，計(jì)算機(jī)就根據(jù)這一信息來(lái)確定太陽(yáng)的觀測(cè)位置。2023/2/4優(yōu)缺點(diǎn)

其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算使跟蹤裝置可以全天跟蹤，而不需要人為地干預(yù)和幫助。但是采用視日運(yùn)行軌跡跟蹤方法需要完成日出時(shí)間和日落時(shí)間的計(jì)算。在日出前，跟蹤裝置按照一定的運(yùn)行軌跡到達(dá)預(yù)定的位置等待日出;在日落后，跟蹤裝置又需要按原路線(xiàn)返回到日出前位置，對(duì)達(dá)到自動(dòng)回位狀態(tài)有難度。另一方面，這種跟蹤方式對(duì)機(jī)構(gòu)的機(jī)械加工水平和儀器的安裝都有較嚴(yán)格的要求，要求機(jī)構(gòu)的加工精度必須足夠高，成本較高。另外，由于算法、機(jī)械加工精度以及儀器的安裝等原因，跟蹤精度受到了一定的限制。2023/2/42023/2/4研究展望針