（终稿）自动跟踪太阳智能型太阳能系统设计（全套完整有CAD）

.第二齿轮转动计算材料选择大齿轮及小齿轮的材料选用渗碳钢，热处理为渗碳淬火。

尺寸计算初选模数，转动比。

般，到度为分度圆螺旋角。

初选，度，则。

分度圆直径小齿轮，取。

大齿轮，取。

取齿宽系数则取大齿轮宽度，小齿轮宽度。

齿顶高齿根高齿高校核计算查文献表.得使用系数.。

查文献图.得动载系数.。

查文献表.得齿间载荷分配系数。

载荷系数查文献表.得弹性系数.。

查文献图.得节点区域系数.。

查文献表.得接触最小安全系数。

总工作时间。

查机械设计表.得指数.。

原估计应力循环次数正确。

接触寿命系数查文献图.得.，.。

许用接触应力验算许用接触应力计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。

齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数式.齿间载荷分配系数则齿向载荷分步系数.载荷系数式.齿型系数查文献图.得.，.。

应力修正系数查文献图.得.，.。

弯曲疲劳极限查文献图.得，。

查文献表.得弯曲最小安全系数。

查机械设计表.得指数.。

式.原估计应力循环次数正确。

弯曲寿命系数.，.查文献图.得尺寸系数.。

许用弯曲应力电流不尽相同，将光电流差经过系列处理后输入到跟踪头，驱动电机动作，调节跟踪装置，直到个象限光电池输出的光电流相等，此时太阳光线与透镜光轴平行，驱动电机无动作。

为了使测量跟踪装置更安全可靠，该装置采用象限主测光电池进行光强测量和判断，使装置在夜晚停止工作。

将第象限的电压与外来控制电压进行比较，可选择合适的控制测量跟踪装置的工作状态，在夜晚时，装置停止工作在有太阳光时，装置正常工作。

图镜筒结构图光线与光轴不垂直时理论上，镜筒越长，光电池的灵敏度愈高，但是镜筒长度和透镜的参数也有关系，不可能无限制增长，通常镜筒长度，以取为宜。

系统的位置精度，基本决定于传感器的精度，因此能够比较容易实现跟踪装置具有较高的精确度，光电池只要能捕捉到透镜聚焦的光斑就可以跟踪太阳，且结构设计较为简单。

但当长时间出现云遮后或早晨太阳刚升起时，太阳光线与透镜光轴的夹角超过定的角度范围，由于镜筒结构的限制，透镜聚焦的光斑无法被光电池捕捉到这时跟踪装置便无法跟踪太阳，甚至引起执行机构的误动作。

因而该种跟踪装置只能在定的角度范围内实现高精度跟踪，其跟踪范围跟镜筒结构有关。

视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合由上述讨论可知，开环的程序跟踪存在许多局限性，主要是在开始运行前需要精确定位，出现误差后不能自动调整等。

因此使用程序跟踪方法时，需要定期的人为调整跟踪装置的方向。

而传感器跟踪也存在响应慢精度差稳定性差些情况下出现错误跟踪等缺点。

特别是多云天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运行，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。

如果两者结合，各取其长处，可以获得较满意的跟踪结果。

在视日运动轨迹跟踪的基础上加两个高精度角度传感器。

当跟踪装置开始运行时，用两片高精度角度传感器初始定位，在运行当中，以程序控制为主，角度传感器瞬时测量作反馈，对程序进行累积误差修正。

这样能在任何气候条件下使聚光器得到稳定而可靠的跟踪控制。

这种跟踪方案跟踪精度高，工作过程稳定，应用于目前许多大型太阳能发电装置。

但计算过程十分复杂，高精度角度传感器成本也很高，对于需要降低成本的小型太阳能利用装置来讲，该种跟踪方式并不十分适用。

本设计的跟踪方案光敏电阻光强比较法。

本设计的光敏器件选为光敏电阻。

利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于块电池板东西方向边沿处的下方。

如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。

当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。

机械设计部分.太阳能自动跟踪系统机械设计方案图自动跟踪系统机械设计方案机构结构步进电机固定在支架上，步进电机的输出轴连接小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合。

齿轮连接着主轴上，主轴安装在支架上主轴相对于支架可以转动，步进电机安装在主轴前端的块板上，步进电机的输出轴连接小齿轮，小齿轮与齿圈啮合，齿圈连接着太阳能板，转动架安装在主轴上。

机构实现自动跟踪的原理当太阳光线发生偏离时。

陀螺仪式跟踪器图陀螺仪式跟踪器跟踪器的结构传动箱固定安装在支架上，马达安装在传动箱上，传动箱的内部是由蜗杆蜗轮组成的运动副，马达的输出轴连接蜗杆，环形支架安装在支架上面环形支架相对于支架可以转动，传动箱的输出轴连接环形支架，传动箱固定安装在环形支架上，马达安装在传动箱上，传动箱内也是由蜗杆蜗轮组成的运动副。

马达的输出轴连接蜗杆，接收器安装在环形支架上面接收器相对于环形支架可以转动，传动箱的输出轴连接接收器。

该跟踪器可以选择不同朝向安装，当按照上图的朝向进行安装时，跟踪器跟踪的实现原理如下当太阳光线发生偏移时，控制部分发出信号驱动马达带动传动箱中的蜗杆蜗轮转动，再输出带动接收器相对于环形支架转动，跟踪太阳由东向西的运动同时控制部分也发出信号驱动由马达带动传动箱中的蜗杆蜗轮转动，再输出带动环形支架和接收器转动，跟踪太阳南北方向的运动，由此来实现对太阳的两个方向的跟踪。

系统优点该跟踪机构结构简单。

对于两个方向的跟踪，都利用蜗杆蜗轮副传动，在紧凑的结构下得到很大的传动比，能使用功率很小的马达同时传递足够的动力，使用功率小的马达降低了其能源成本和制造成本蜗杆蜗轮副的自锁性能好，能防风防雨。

结构紧凑，运动空间大。

传动装置设置在传动箱内，受到了较好的保护，提高了装置的寿命。

齿圈转动式跟踪器机构结构马达固定在支架上，马达的输出轴连接小齿轮，小齿轮与齿圈啮合。

齿圈连接着主轴上，主轴安装在支架上主轴相对于支架可以转动，马达安装在主轴前端的块板上，马达的输出轴连接小齿轮，小齿轮与齿圈啮合，齿圈连接着转动架，转动架安装在主轴上转动架相对于主轴可以转动。

机构实现自动跟踪的原理当太阳光线发生偏离时。

控制部分发出控制信号驱动马达带动小齿轮转动，小齿轮带动齿圈和主轴转动同时控制信号驱动马达带动小齿轮。

小齿轮带动齿圈和转动架转动，通过马达马达的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。

图齿圈转动跟踪器系统特点该跟踪机构结构简单，造价低。

两个方向的跟踪都利用齿轮副传递动力，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本由于使用半个齿圈，能在紧凑的结构下得到较大的传动比。

结构紧凑，运动空间大。

本课题的机械设计方案图本课题的机械设计方案机构结构马达固定在支架上，马达的输出轴连接小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合。

把齿轮连接着主轴上，主轴安装在支架上主轴相对于支架可以转动，马达安装在主轴前端的块板上，马达的输出轴连接小齿轮，小齿轮与齿圈啮合，齿圈连接着太阳能板，转动架安装在主轴上。

机构实现自动跟踪的原理当太阳光线发生偏离时。

控制部分发出控制信号驱动马达带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动同时控制信号驱动马达带动小齿轮。

小齿轮带动齿圈和太阳能板转动，通过马达马达的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。

.跟踪方案的比较选择目前国内外采用的跟踪太阳的方法有很多，但不外乎三种方式视日运动轨迹跟踪光电跟踪视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。

下面就这三种跟踪方案做个简要的介绍和比较。

视日运动轨迹跟踪不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统，太阳运行的位置变化都是可以预测的，通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。

另据德新社报道，全球最大的太阳能发电厂已在德国南部巴伐利亚州正式投入运营。

这家太阳能发电厂投资万欧元，占地万平方米，发电总容量达兆瓦，能为多个家庭供电。

截至年年底，德国共有万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器，每年可生产兆瓦的热量。

已用的德国家庭利用了清洁环保用之不竭的太阳能，估计每年可节约.亿升取暖用油。

目前，美国太阳能光伏发电已经形成了从多晶硅材料提纯光伏电池生产到发电系统制造比较完备的生产体系。

年，美国光伏发电总容量达到万千瓦，排在日本和德国之后，居世界第位。

为了降低太阳能光伏发电系统的生产成本，美国政府最近制定了阳光计划，大幅度增加了光伏发电的财政投入，加快多晶硅和薄膜半导体材料的研发，提高太阳能光伏电池的光电转化效率。

目前，美国正在新建几座新的太阳能电站。

预计到年，美国光伏发电成本将从现在的美分千瓦时降到美分千瓦时，届时，太阳能光伏发电技术的竞争力将会大大增强。

太阳能在能源发展中占有相当的优势，据美国博士对世界次能源替代趋势的研究结果表明，到年后，核能将占第位，太阳能占第二位，世纪末，太阳能将取代核能占第位，很多国家对太阳能的利用加强了重视。

意大利年开始实行“全国太阳能屋顶计划”，将于年完成，总投入亿里拉，总容量达万千瓦。

印度也于年月宣布，将在年前推广万套太阳能屋顶系统。

法国已经批准了代号为“太阳神”的太阳能利用计划，按照该计划，每年将投入万法郎资金，到年，法国每年安装太阳能热水器的用户达万家。

我国由建设部制定的建筑节能“九五”计划和年规则中已将太阳能热水系统列入成果推广项目。

目前我国太阳能热水器的推广普及十分迅速，年销售面积近万平方米，数量居世界首位。

全国从事太阳能热水器研制生产销售和安装的企业达余家，年产值亿元。

根据我国年太阳能光电光伏发电发展计划，在年和年的太阳能光电总容量将分别达到.万千瓦和万千瓦。

在联网阳光电站建设方面，计划年前建成座级阳光电站。

由国家投资万元修建的西藏第三座太阳能电站安多光伏电站，总装机容量千瓦，于年月建成发电。

这也是世界海拔最高中国装机容量最大的太阳能电站。

总之，大力发展太阳能利用技术，使节约能源和保护环境的重要途径。

.太阳追踪系统的国内外研究现状在太阳能跟踪方面，我国在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，接收器的接收效率提高了。

年美国加州成功的研究了两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进步提高。

年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。

在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，年推出了太阳灶自动跟踪系统，年太面。

相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。

我国太阳能资源我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。

我国地处北半球欧亚大陆的东部，土地辽阔，幅员广大。

我国的国土跨度从南到北自西至东，距离都在以上，总面积达，占世界总面积的，居世界第三位。

据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为，全国各地太阳年辐射总量达•，中值为•。

从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏青海新疆内蒙古南部山西陕西北部河北山东辽宁吉林西部云南中部和西南部广东东南部福建东南部海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。

尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。

例如被人们称为“日光城”的拉萨市，年至年的平均值，年平均日照时间为.，相对日照为，年平均晴天为.天，阴天为.天，年平均云