太阳能跟踪器研究和设计方案

太阳能跟踪器研究和设计方案

太阳能跟踪队成立于2005年秋季，设计团队由五名队员组成，我们还负责与智能家居的联络工作。我们的太阳能跟踪小组继续以前的工作，现在的任务是设计一个新的跟踪装置，因为太阳光的方向是变化的，所以要最大限度地使太阳能电池板向着太阳。实施这种跟踪，可以大大提高太阳能电池板工作效率，并且使太阳能电池板用来提供智能家居。本报告审查过程中设计和建造的样机以及所得到经验和遇到的问题激励我们继续这一项目。

1.说明

改变太阳能电池板的角度，这样能使太阳能电池板充分利用太阳能。这是通过旋转面板始终垂直于太阳的入射角实现的。初步测试后，这个过程可以提高太阳能发电系统50 ％的工作效率。这些测试结果说明这是一个很有吸引力的研究，加强了现有的太阳能发电系统。其目标是建立一个跟踪机，完成太阳能跟踪，并实现最高的效率。其终极目标是本项目要符合成本效益，那也就是说随着时间的推移将大大降低发展跟踪机的成本。除了上述功能目标，智能家居还为我们的项目提出了以下的其他目标：必须不吸取外部电源（自我维持），必须美观，而且还要能防水。

我们设计的太阳能跟踪器包括三个组成部分：结构，传感器和驱动系统。每个都被仔细审查和检测，实行跟踪。先前的太阳能跟踪小组设计的框架是一个铝棱柱形框架。它采用了一种'格'设计并且旋转轴在中间，与方形电池板底部相连的是一个用来支撑集热板的平台。该框架本身有一个角度，此角度的度数由小组对当地实际情况调查而定，其旋转的轨道是系统随太阳从东到西转动，这一过程在白天进行。

该传感器系统设计采用了两个小型太阳能电池板作为跟踪机的采集板。这些传感器面板采用垂直的反光镜相连接，除非反光镜接收不到任何太阳光，不然它会遮挡其中一个面板，而另外一个能够接收到太阳光。我们的传感器依靠这种差异继续研究，结果两种差异很大的面板都能驱动电机跟踪的方向，直到反光镜子再次得不到任何阳光，而此时双方的太阳能板对传感器能得到同等阳光。所有我们拭目以待。

我们认为以往用于跟踪直接驱动系统是很容易在跟踪时失败。所以我们设计了一个带系统，系统的一端是一个马达，具有传动皮带轮和输出的功能。电机旋转传动皮带，然后旋转滑轮上的轮轴。这个系统简单，易于拆解，所以很容易根据需要将传动做进一步的改进和优化。

正如任何设计过程中都会遇到问题。我们遇到的首要的问题是天气恶劣而否认我们宝贵的测试时间。尽管遇到挫

折，我们相信，这样的设计与原型是非常有价值的。在我们的测试中，我们已经消除了许多重复的问题，使今后的工作和该项目的研究更为顺利。我们也已将我们的样机做跟踪太阳的演示，在没有任何外部辅助下，我们能让跟踪器依靠自己的能量旋转和停止，演示过程中没有任何援助。联合国向我们提出的智能家居的主要目标是：在今后的发展中将这项技术推广到普通家庭。所以我们相信我们研究一定能使太阳能跟踪向前迈一步。

2.问题设定

该项目完成了太阳能跟踪器设计阶段的任务，以用于智能家居。而团队组成后，成员完成高级程序设计，客户可以为这个项目进行内部设计。值得提一下的是，杰夫泰森代表智能家居与我们进行联系和沟通，以及聪明的众议院领导人也认同我们的研究。在我们的第一次会议上，杰夫和汤姆确定了以下目标：

a 白天追踪太阳

b 不使用任何外部电源

c 不受天气影响

d符合成本效益

e 必须外观好看

f 太阳能电池板大众化即能够适用于不同类型的面板

根据这些目标，我们构建了质量功能配置图。此图可以发现，其主要关注的领域可能有以下几个：面板数量，面板尺寸，内部电源要求，电动机的扭矩要求。

在我们的第一次会议上，我们设定了我们这一阶段的目标：做出一个工作原型，能够跟踪太阳。这也是完成该项目的主要标准，但我们很快发现要做到这一点，我们将被迫省略部分的设计，他们希望工作列其后，这将导致在优化平台空间时是不是屋顶无关重要？我们的目标是要有一个平台上的轨道，它也说明了为了稳定或需要，我们的原型需要测试。我们开始有一个想法，这一想法从无到有，就是有可能使用帧，舍弃最初的设想即采用REV 1设计方案或采用转动原型方案，我们的设计图见附件B，以应付与杰夫每周一次的会议，以确保我们在设计时能够满足他们的需要。杰夫也将会见汤姆，总之与智能家居的会议每周至少一次，以使每个人都能在同一高度上。从我们的目标开始，我们着手对这一进程的进行构想。

3.观念和研究

3.1跟踪模式

我们小组用了一个集思广益的方法来界定概念。我们的思想理念是为了设计不同条件下使用的太阳能跟踪装置，因为它们克服了不同条件下的困难，再把可行的框架和概念介

绍给我们的智能家居。其他的概念产生是通过研究事先存在的太阳能跟踪装置得到的。原来我们的概念是面向创造一个完全新的太阳能跟踪装置，以前的设计结构方法已经给我们的智能家居提供了思路。这一初步献策产生了许多观点：第一个观点是一个单向轴跟踪系统，该系统将追踪太阳从东到西横跨天空的全过程，检测每一段时间，直到第二天结束。这一概念的提出很简单，我们选择使用的结构材料正在制作中；另一种更复杂的概念是双向轴跟踪系统，并在整个季节都能从东到西跟踪太阳。这种概念是较为高效率的利用太阳能；第三个概念是只随季节跟踪。这将提供小型效率收益，但远不及第二个概念提供的从东到西的跟踪装置。

我们设计的跟踪装置结构包括一个旋转中心轴和附加板以及液压机或电动升降机，将提供主要方向的跟踪，还有一个机械臂将使它转到面对着太阳。清晰的效率收益，再加上设计简单的单向轴跟踪系统，以及以电机轴为旋转中心轴的结构，使我们能够实现从东到西的跟踪。

3.2结构

一旦方法的议案被选择，有必要使产生的观念、结构支持车轴。可提供三角棱柱结构，也就是说由前智能家居太阳能跟踪小组，或通过使用栏目将对任何一方提供支持。而棱柱结构提交的优势和现有的框架、栏目会为我们提供方便的

建设，简单的几何考虑，并准确安装在屋顶上。由于提高了强度的时间考虑，而我们的预算又有限，在加上现有的框架被证明是最重要的因素，由于这些因素，我们决定用过去的太阳能跟踪组向我们提供的工作框架。

3.3跟踪运动

一旦支撑结构确定，最后我们需要一种手段来决定这项议案，我们决定之后感受到这一议案的可行性，这将使太阳跟踪器的研究方向和进度向前一步。在连续讨论议案后，决定在跟踪太阳的基础上，预先确定太阳在天空中的位置，所以我们选择连续跟踪太阳能的议案，就是根据其知觉的准确性和存在的已知定时技术进行。在评估阶段我们意识到：连续跟踪太阳能的的议案将被证明是困难的。其中一个原因是无法从太阳帆板提请不断的电压和电流，要保持一贯的议案，从而有必要性改变遥感轮换的立场。连续跟踪的议案还需要近恒定的功率，一天的运作中这将需要一个机制来存储能量。除了这些因素，实施的时间安排电路和位置传感装置似乎是艰巨的。与博士乔治协商后，我们决定对装置使用两个小组和底纹为感受的议案。

4.分析与体现

4.1结构几何