精密太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统
自动跟踪聚焦式太阳能光伏发电技术
[ 时间：2005-5-17 11:19:00 来源：未知 作者：孙迎光]
精密太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统，其单机发电能力为0.3-1.5kW，将单机组成阵列可构成大功率的发电系统。采用聚光太阳电池的好处是光电转换效率高，并且价格低（聚光太阳电池转换效率为18%-30%比普通太阳电池高的多，1cm2 的聚光电池在标准光强下聚光度为400-600倍聚光后，输出功率达6-10W以上，而同等面积的平板式太阳电池输出功率仅 12-14W）。普通平板式太阳电池的造价为 45-65/W，而聚光太阳电池的造价要低得多，并且，同功率的精确跟踪光伏发电系统比固定型光伏发电系统每天多发电50%。由于聚光电池的受光面只有同功率的普通光电池几百分之一，因此可以大大节约单晶硅的用量，即同面积的单晶硅片若制成聚光电池，发电量将提高数百倍。
1 精密太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电
系统组成
系统由聚光电池阵列、架体、方位和仰角驱动器、跟踪器、控制器组成，如图 1。
1.1 聚光电池阵列
聚光电池阵列（见图1
中的序号3）由若干聚光电池串并联构成，若干阵列的串并联还可构成不同规模的聚光发电系统。聚光电池、散热器和费涅尔透镜固定在阵列支架上，阵列支架既要求十分平整，支架上的聚光电池保持在同一平面和相互平行的平面内，又要求具有抗七、八级风的能力，同时还要有避雷措施。
图1精密太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统的组成
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1.2驱动器
驱动器（图 1 中的序号4-17）由方位和仰角驱动电机及减速齿轮组成，聚光电池阵列必须采用高精度跟踪系统，并且双
轴自动跟踪（见图 2）。
图 2 高精度双轴自动跟踪系统电原理
如图2所示，端子 X、Y 是全向光源跟踪探测器的水平方位角偏差信号，Z 是垂直方位角偏差信号。这两个偏差信号经精密运算放大器TLC27L7放大后（根据跟踪精度来确定放大倍数K），送入PIC16C711单片机的A 口，经 PIC16C711内部 A/D 转换器转换成数字信号，由软件设定启动电机跟踪角度值和其他功能（例如：昼夜控制、阴雨天控制、过云控制、大风控制等）。PIC16C711的B口输出跟踪控制信号，该信号放大后驱动继电器，再由功率继电器控制水平和垂直转动的电机。
当聚光比为400时，其跟踪精度应小于 0.2度。因为太阳移动很慢，驱动器的转速设计为：水平方向 4h一周，垂直方向 1h一周。因为电机的转速比很高（水平
1200000:垂直300000:1），所以可大大减小电机的功率。
1.3跟踪器
跟踪器（图 1 中的序号 19）采用微处理器对从传感器送来的信号进行比较和处理，控制随动电机按所要求的方向转动，以满足跟踪要求。
另外跟踪器还要求：
（1）工作可靠，保证电池阵列在白天任何时刻都正对太阳；
（2）夜间自动返回原始位置；
（3）遇到大风时可使电池阵列顺向；
（4）具有保护功能，当传动机构失效时，能使电池阵列停止运转；
（5）自身功耗小。由于电机功率很小，耗电不大，加上夜间阵列自动返回，两个电机功率不超过总发电功率的 1%。
1.4 传感器
跟踪器所用传感器（图 1 中的序号 1、序号 2）有三种：方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日
光开关。
太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。
太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转使电池阵列对准太阳。
风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如8级风）时，控制器控制仰角驱动电机转动，使阵列向水平方向运行，直到阵列受力最小为止。在这种状况下，仰角驱动电机，不受方位太阳传感器控制。
日光开关也是采用光敏器件，使白天太阳能电池阵列受方位太阳传感器控制而运转；夜间，阵列不受方位太阳传感器控制，而仅受日光开关控制向东方向运行，即阵列返回到早晨初始位置。
1.5交直流控制系统及其它配套设备
直流控制系统功能有防反充、防过充、防过放以及过载保护、电量计量等。配套设备有逆变器（逆变效率达 729以上）；蓄电池（密封式）。
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2 聚光电池模块
聚光电池模块由聚光太阳电池组件、旁路二极管、反射器、聚光器、散热器及壳体组成。模块是基本发电单元，它由12个电性能基本一致的太阳电池组件构成，其标称输出功率为75W，它可以独立使用，也可以由若干模块串并联构成数千到数万千瓦不同规模的发电阵列。
聚光太阳电池组件是模块最主要的关键部件，它与一般太阳电池不同，是一种专门设计和制造的聚光太阳电池。
旁路二级管的作用为：当某些电池组件由于被遮挡见不到阳光或发生故障而不能正常发电时，该二极管便提供通路，使其它与之串联的电池组件不受影响。在模块内所有电池组件正常工作时，旁路二极管不起作用，因而不影响模块输出功率。
反射器的作用是保护模块内电池导线不受强光照射而发生烧焦现象，从而保证模块有良好的电性能和绝缘性能。由于聚光400倍的太阳光强度非常大，若不加保护，当早晨开机时，阵列处于非跟踪状态，或者跟踪系统发生故障而停机检修时，太阳光斑偏离电池组件很容易把导线绝缘胶烧焦。
太阳聚光器采用拆射式聚光器——菲涅尔透镜，它是利用光在不同介质的界面发生拆射的原理制成的，具有与一般球面透镜相同的作用。特点是直径很大的菲涅尔透镜可以做的很薄，与球面透镜相比可大大减轻透镜的重量。
菲涅尔透镜也是聚光电池模块的主要部件，具有体积小、重量轻、加工方便、透光率高等特点。菲涅尔透镜一方面对太阳光进行聚焦，另一方面对电池组件也起保护作用。它是电池模块外罩的一部分，电池组件的散热器位于电池外罩的阴影里（正常跟踪状态），不被太阳光直射，因而便于散热，使电池的温度低，效率较高。
壳体起支撑和散热作用。在太阳电池工作时，产生的热量通过铜散热器传到壳体，再通过辐射和对流方式将热量散掉，以保持太阳电池温度不超过80℃。
聚光太阳电池组件模块的结构由图3所示：
图3聚光太阳电池组件模块的结构
聚光太阳电池组件模块由聚光太阳电池片、散热器、费涅尔透镜、支架等组成。
聚光太阳电池片是发电模块的心脏。样机使用的聚光电池片有效面积为
10.3mm×10.3mm平均转换效率18%每片标称输出功率 6.25W,开路电压大于 0.7V，短路电流可达 10A以上。电池栅线及背面电极均蒸镀钛、钯、银。电池正极与散热器连接，引出线为底连线。电池负极引出线
为顶连线。
由于聚光倍率很高，散热问题不可忽视，否则输出功率将受到很大影响。太阳电池工作时产生的热量首先传给散热器，然后传给模块壳体，二级传热结果要保证电池组件工作温度不超过80℃，所以散热器要采用导热良好的材料。
在装配电池组件之前，散热器要在专用设备中进行预熔焊膏。顶连线与电池的连接也是在专用设备的保护下进行热压焊，以保证良好的接触和焊接的均匀性。检查焊接质量采用超声波检测仪，检测结果用图形及相应数字或者百分比的方式显示。检查顶连线焊接质量采用拉力试验方法。
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3太阳能发电系统的组成
如图4所示，太阳能发电系统由太阳电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流—交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统（包括柴油发电机组和整流充电柜）等组成。系统的工作原理是：太阳电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组充电。充到蓄电池组的上限电压后，由直流控制柜执行自动停充，将太阳电池方阵切离充电回路。当蓄电池组电压回降至下限电压时，再将太阳电池方阵接入充电回路恢复充电。蓄电池组均通过直流控制柜向直流—交流逆变器供电。经由逆变器将直流电变换成单相或三相交流电，再通过交流配电柜向输电线路供电。当蓄电池组的电压下降至过放电电压时，为不造成蓄电池组的过放电，直流控制柜将自动切断输出，直流—交流逆变器停止工作。
图 4 太阳能发电系统的组成
太阳能发电系统是有备用电源的发电系统，以太阳电池发电为主，配备1台柴油发电机组作为备用电源，以便在必要时通过整流充电柜为蓄电池组充电，也可以在光伏发电系统出现故障时直接通过交流配电柜向输电线路供电。逆变器和柴油发电机组不能同时向输电线路送电，由交流配电柜的互锁功能来保证供电的唯一性。
4技术的先进性
太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统是采用聚焦的方式将太阳光的光能密度大大提高（400倍以上），可使太阳能电池转换效率提高，在小面积的单晶硅片上获得大的电流。太阳光的聚焦可采用费涅尔透镜或抛物面反射镜，太阳能聚光电池的散热可采用大面积的散热片自然冷却，也可采用循环水冷将热量二次利用（但此装置的结构复杂）。
太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统的关键技术是精确跟踪太阳，其聚光比越大跟踪精度要求就越高，聚光比为400时跟踪精度要求小于0.2度。在一般情况下跟踪精度越高其结构就越复杂，造价就越高，甚至造价高于光伏发电系统的光电池的总造价。
由我公司研制的跟踪探测器，其特点是廉价、精度高、没有温度漂移、工作稳定、可靠。当该跟踪探测器采用造价低廉结构时，跟踪精度为0.01度时可稳定工作。当该跟踪探测器采用造价较高结构时，跟踪精度为 0.001度时可稳定工作。目标的偏差量以输出连续线性电压或电流方式，输出有+、-、0 三种状态电压或电流值。当跟踪探测器对准光源时输出为 0，分别以两个相反方向偏离光源时，输出分别为 +或-值，并且输出值随偏离光源角的增加而增加。在0偏离角附近，输出值随偏离角变化较快，因此探测器的灵敏度较高若偏差量为输出电压方式，并定为
一度。可用于工业、民用等需要低精度跟踪方面，例如太阳能光电和光热方面的应用，而且，特别适用于高效太阳能发电系统。
由于太阳能发电装置用的抛物面反射镜精度很高，焦点直径一般小于10mm因此要求跟踪驱动装置的精度很高。目前国外的高精度跟踪驱动装置价格昂贵，不能推广应用。而采用该光源跟踪探测器组成的控制跟踪驱动装置的价格很低，价格只有国外的几百分之一，因此可使高效太阳能发电装置得以推广应用。
5 太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统适用性
太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统中的自动跟踪聚焦系统，由于其不仅可应用于专用的太阳能聚光电池，也适用于普通太阳能电池，至少可将普通太阳能电池的发电能力提高 10倍以上，也就是说可以降低采用普通太阳能电池发电系统的造价。由于自动跟踪聚焦式光伏发电系统始终跟踪太阳，能够始终接受太阳光的最大能量，因此该光伏发电系统比普通同峰值功率德太阳能电池发电系统多发电 30%-50%，也就是说又进一步地降低了发电成本。
该太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统机械传动装置结构简单牢固，跟踪精度高，制造成本低，发电效率高（国际上高效聚光光伏电池效率已达 32%），发电量大，安装容易，因此具有很强的适用性和市场竞争力。
光伏发电系统中的自动跟踪聚焦系统可持续产生很高温度，因此也适用于目前正在研发的其它高效率高温热电、光电直接转换发电器件。如温差半导体发电器（工作温度 200—1000℃）、热电子发电器（工作温度1100—15000℃）、热光伏发电器（工作温度高于 15000℃）、碱金属热电转换（工作温度 600—900℃）等，利用大聚光比的透镜或反射镜，可使太阳光在焦点的温度达到上述发电器件所需要的温度。
双轴跟踪
ZXS双轴跟踪支架的介绍与技术参数
紫旭光电ZXS采用西班牙技术，比固定系统增加40%以上的电力输出。紫旭ZXS双轴太阳能跟踪器，平台接收面积最大可达93平方米，拥有252度旋转方位角和60度提升角旋转器。回转轴承和减速电机通过齿轮环驱动垂直轴电动升降机系统驱动水平轴，基于三角公式计算天文位置的创新型混合控制系统，可获得太阳精确位置。
主要特点
1.先进的定位控制
CP125为ZXS提供最佳的定位控制，向日葵方式跟踪，做到精确定位计算，精确地移动控制及风速的安全控制。
2.提高能量输出
紫旭ZXS太阳能地面支架追踪系统比固定的太阳能安装系统多了40%的能量输出。
3.良好的适应性
不受天气、季节和地理位置的影响，可以安装于多种户外环境。
4.安全性
使用独立的传动电动机，驱动受控仪，因此不会受到不均匀沉降的影响，同时提供防雷击系统及台风防止系统。
5.高品质
无论是原材料的选择，还是生产过程，紫旭光电都进行严格的质量管制，以确保系统的结构强度以及使用寿命达到最优。
技术参数
安装地点 户外
追踪系统类型 双轴
追踪精度 ±1º
最大系统面积 15m²-93m²
系统排列 按设计图纸
跟踪轴 水平和垂直
垂直和水平旋转角 垂直轴最大旋转角度252度
水平轴旋转角70度
跟踪器允许的最大组件功率 直至12.9KWp(可调接收平台)
地基 按地面性质情况设计尺寸的钢筋混泥土
抗风能力 风载1：通常状态-14m/s(50km/h)
风载2：安全状态-35m/s(126km/h)
风载3：瞬间最大-66.5m/s(240km/h)
质保年限 十年 阳能双轴跟踪系统/太阳能双轴跟踪/双轴太阳能跟踪系统
产品规格：RY-SL-B
产品说明：
系统介绍
目前，国内外太阳能路灯主要采用固定安装方式，其全天的有效日照时间约为5小时，其余日照时间内因太阳光光强不足或阳光入射角小的原因而导致发电量大幅度下降。
塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计
塔式太阳能热发电中的
定日镜跟踪系统设计
耿其东１，朱天宇２，陈飞２
１．盐城工学院机械工程学院，江苏盐城２２４０５１
２．河海大学机电工程学院，江苏常州２１３０２２
；［摘要］在塔式太阳能热发电中。应用全新的跟踪聚光理论一～陈氏跟踪方法Ⅲ。以ＰＩＣｌ６Ｆ８７７
ｉ
；单片机为控制核心，设计了闭环控制的定日镜跟踪系统。与传统的跟踪方式相比，自旋ｌ
：＋仰角跟踪方式使得定日镜的像差小，可实现在任何气候条件下对目的稳定可靠跟踪。ｉ
；［关键词］塔式；太阳能；热发电；跟踪；定目镜；单片机；闭环控制ｌ
；［中图分类号］ＴＭ６１５；
；［文献标识码］Ａｌ
；［文章编号］１００２—３３６４（２００９）０２—００８１—０３ｌ
塔式太阳能热发电是利用一组独立跟踪太阳的定
日镜，将阳光反射到固定在塔顶部的接收器上，产生高
温并加热工质产生过热蒸汽，推动汽轮发电机组发电，
从而将太阳能转化为电能。
定日镜在电站中不仅数量最多、占地最大，而且投
资最大。定Ｅｌ镜的跟踪效果严重影响着太阳能的利用
效率。研究表明，对Ｅｌ跟踪与不跟踪，能量的接收率相
·差３７．７％心］。精确地跟踪太阳可使接收器的热效率大
大提高，进而提高了整个装置的太阳能利用率。
１定日镜跟踪系统
１．Ｉ跟踪方式
传统跟踪方式主要是方位角＋仰角的跟踪方式，
即为定Ｅｌ镜运行时通过转动基座来调整定Ｅｌ镜的方
位，同时调整镜面仰角。理论上，此方式可以完全实现
对Ｅｌ跟踪，但是其存在像差相当大、聚光效果欠佳的固
有缺陷…。自旋＋仰角的跟踪方式采用镜面自旋同时
调整镜面仰角实现定Ｅｌ镜的对Ｅｌ跟踪。这是由新的聚
收稿日期：
作者简介：
Ｅ—ｍａｉｌ：光跟踪理论推导出的一种跟踪方法。也被称为陈氏跟
踪方法。与传统的跟踪方式相比，采用自旋＋仰角跟
踪方式整个系统的象差小，从而提高了太阳的聚光效率。
１．２控制方式及控制系统
定日镜控制系统控制定日镜在不同时刻使太阳光
线全部反射到同一个位置，从而达到定点投射的目的。
目前，定日镜控制主要采用程序控制或传感器控制，这
关于提高太阳能光热发电系统精度和鲁棒性的思考
工程建设与设计 _Construction& Design ForProject关于提高太阳能光热发电系统精度和鲁棒性的思考Consideration on Improving Precision and Robustness of Solar Thermal Power Generation System 李文艳I洪峰2(1.海军工程大学，武汉430033；2.武汉超新星软件开发有限公司，武汉430040)LI Wen-yan1, HONG Feng2(1 .Naval Engineering University, Wuhan 430033, China;2. Wuhan Chaoxinxing Software Development Co. Ltd., Wuhan 430040, China)【摘要】为了缓解环境污染和能源储备危机，全球能源供应趋向于清洁化和低碳化光热发电因具有保护环境、连续稳定、与电网 匹配性好和可调峰发电的优势，近年来发展迅速一论文分析了当前塔式光热发电定日镜控制系统中存在的问题，并针对这些问题提 出了利用自我诊断系统的解决方法。[Abstract]In order to alleviate environmental pollution and energy storage crisis, global energy supply tends to be clean and low-carbon. Photothermal power generation has developed rapidly in recent years due to its advantages of environmental protection, continuous stability, good matching with power grid and peak adjustable power generation. This paper firstly analyzes the existing problems in the control system of heliostats for tower photothermal power generation, and then puts forward the solution ofself-diagnosis system to these problems.【关键词】光热发电淀EJ镜；自我诊斯系统[Keywords ] photothermal power generation; heliostats; self-diagnosis system【中图分类号1TM615【文献标志码】B【文章编号】1007-9467 (2019) 10-0058-02(DOI110.13616/ki.gcjsysj.2O19.10.225
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基于双层叶片的垂直轴风力发电机 健身房节能减排综合信息管理系统仿真
太阳能光热发电系统的性能分析与优化
太阳能光热发电系统的性能分析与优化
随着环保意识的日益增强，太阳能作为一种绿色能源得到越来越广泛的应用，其中太阳能光热发电系统在能源转型中扮演着至关重要的角色。但是，目前太阳能光热发电系统的性能还存在一些问题，如低效率、高成本等，因此需要对其进行深入的分析和优化。
一、太阳能光热发电系统的原理
太阳能光热发电系统是一种利用太阳能转化为热能，再将热能转化为电能的发电方式。其工作原理可以分为三个部分：
1.接收太阳能
太阳能通过聚焦器或光伏电池板被吸收，在接收器表面转化为热能。
2.将太阳能转化为热能
其中，光伏电池板是直接将太阳光转化为电能的，而聚焦器则通过反射和聚焦的方式将太阳光汇聚在一个点上，并将这个部分的能量转化为热能。接着，这部分热能通过热载体将热传递到蒸汽发生器中。
3.将热能转化为电能
蒸汽发生器中的液态水被加热，形成高温高压的蒸汽，然后通过蒸汽涡轮发电机将热能转化为电能。最后，电能被输出到电网上。
二、太阳能光热发电系统的性能分析
1.效率低
太阳能光热发电系统的效率主要受到以下因素的影响： （1）天气条件：太阳能光热发电系统需要直接接受阳光才能发挥出最大效能。阴雨天气或者大雾等天气条件会影响太阳能板的接收效率，从而导致整个系统的效率降低。
（2）镜面反射：对于聚光器类型的太阳能光热发电系统，偏移会导致反射面上物体不在聚集点上，从而影响效率。
（3）光热转换率：太阳能光热发电系统中的光热转换器效率越高，整个系统效率也会越高。
2.成本高
太阳能光热发电系统的成本主要包括以下方面：
（1）材料成本：太阳能光热发电系统需要大量的材料，如太阳能板、聚光器、发电机、控制系统等，这些材料的成本较高。
（2）安装与维护成本：太阳能光热发电系统的安装需要专业人员进行，而且需要费用较高的设备。系统运行期间需要定期检修与维护，也需要一定的人力成本。
（3）效率低：由于效率低，太阳能光热发电系统需要更多的面积才能发挥出相同的发电能力，这将会增加材料和安装的成本。
槽式太阳能热发电系统工作原理
槽式太阳能热发电系统工作原理
作者：曹连芃 时间：2011年3月
聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。聚光集热器是一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透镜、菲涅耳反射镜三种。
槽式聚光集热器
由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面（槽式抛物面），在工业应用中称槽式聚光镜。在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见下图（a）。把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见下图（b）。
槽式聚光镜反射的光线是会聚到一条线（带）上，故集热器的接收器是长条形的，一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。槽式聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度约300度至400度。
槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造反射镜，反射镜安装在反光镜托架上。槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，在该条线上装有接收器的集热管，见图1。 集热管内有吸热管，用来吸收太阳光加热内部的传热液体，一般用不锈钢制作，外有黑色吸热涂层。为了减小热量散发，集热管外层装有玻璃套管，在玻璃套管与吸热管间有空隙并抽真空。集热管通过接收器支架与反射镜固定在一起构成槽式集热器，反光镜托架上有与集热管平行的轴，集热器通该轴安装在集热器支架上，可绕轴旋转。
槽式集热器的跟踪方式一般采用东西轴向布置，只需定期调整仰角，机构简单方便但效率较低；也可南北轴向布置，单轴跟踪阳光，需自动跟踪控制系统，效率较高；如果集热器转轴与地球转轴平行效率更高，如果同时保证集热管与阳光垂直则效率最高，但结构复杂，集热管的管间连接也复杂。有关槽式太阳能集热器的布置与跟踪可参考“鹏芃科艺”网站聚光太阳能热利用栏目太阳的视运动与跟踪课件页面。
太阳能聚光光伏（CPV）聚光光热（CSP）介绍
太阳能聚光光伏（CPV）聚光光热（CSP）介绍
⼀、CPV概述
聚光光伏(CPV)太阳能是指利⽤透镜或反射镜等光学元件，将⼤⾯积的汇聚到⼀个极⼩的⾯积上，再将汇聚后的太通过⾼转化
效率的光伏电池直接转化为电能。光伏发电在经历了第⼀代晶硅电池和第⼆代薄膜电池之后，⽬前第三代CPV 发电⽅式正逐
渐成为太阳能领域的投资重点，并且CPV模式相对于前两代具有诸多的优势：
（1）节省昂贵的半导体材料：CPV是通过提⾼聚光倍数的⽅式，减少光伏电池的使⽤量，⽽透光镜及反光镜等光学元件的成
本远远低于减少的光伏电池成本。
（2）提升光电转换效率：CPV系统采⽤砷化镓电池并依靠太阳追踪系统实现了更⾼的光电转换效率，较前两代光伏系统明显
缩短能量回收期。
（3）极⾼的规模化潜⼒：CPV系统因其光电转换效率⾼、占地⾯积⼩等特点，是建造⼤型电源电站的最理想的太阳能发电技
术，通过简单复制的规模化部署，单⼀CPV电⼚可较容易的达到MW级规模。
（4）成本下降空间巨⼤：硅电池和薄膜电池已实现产业化⽣产，规模化效应已得到充分体现，并且其技术较为成熟，未来成
本下降的空间已经有限。⽽CPV系统的成本下降仍然较⼤，⼤批量⽣产的规模效应，以及聚光系统、电池、冷却系统等效率
的进⼀步提⾼是成本下降的两⼤途径。
⼆、CPV太阳能系统的结构
尽管各⼤⼚商所⽣产的CPV系统的模式不尽相同，但各类CPV系统的组件主要是由四⼤部分组成，即聚光系统，光伏电池、
太阳追踪系统、冷却系统。
1、聚光系统
聚光系统是整个CPV系统的最重要的组成部分，它通常由主聚光器和⼆次聚光器组成，聚光系统的聚光精度很⼤程度上决定
了整个CPV系统的性能⾼低。根据聚光⽅式的不同，聚光系统可分为透射式聚光系统和反射式聚光系统。
（1）透射式聚光系统
透射式聚光系统⼀般采⽤菲涅⽿透镜聚焦的⽅式，与普通凸透镜相⽐，菲涅尔透镜只保留了有效折射⾯，可节省近80%的材
料。⽬前⽤于制作菲涅⽿透镜的最常⽤材料是PMMA(俗称“亚克⼒”或“有机玻璃”)，与玻璃透镜相⽐，它的优点是重量轻、易加
基于ATmegal28单片机的碟式太阳能跟踪控制系统
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．５，２０１ １
基于ＡＴｍｅｇａｌ ２８单片机的碟式太阳能
跟踪控制系统
邸韬
（兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃兰州７３００７０）
摘要：阐述了一种用于碟式太阳能跟踪系统的混合控制方式，以Ａｔｍｅｇａ１２８单片机为主的控制器，实现了数字化的
自动控制，介绍了硬件电路与软件流程。
关键词－太阳能；控制系统；单片机；混合控制。
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１１）０５—００２０—０３
太阳能热发电装置，按聚光器不同可分为塔式、
槽式、线性菲涅尔和碟式，其中以碟式聚光性能最
好。碟式发电系统采用碟式抛物面聚光器，将太阳光
聚焦至焦点，在各种聚光器中，聚光效率最高。太阳
能热发电在太阳光的采集过程中，为使聚光器时刻
都能够最大效率地采集太阳光，要求聚光器始终与
太阳保持一个最佳角度，因此必须实时跟踪太阳。常
见的跟踪控制系统，按照被控制量对控制量是否存
在着反馈，可分为闭环、开环和混合控制方式。
闭环控制能够通过反馈来消除误差，但作为反馈
信号源的感光元件，在稍长时间段内接收不到太阳
光，会导致跟踪系统的失效，甚至会引起执行机构的
误动作；开环跟踪虽然在任何天气下都可以正常工
作，但是在跟踪过程中，由于运算精度产生的累积误
差自身并不能消除；混合控制方式结合了两者的优
点，并克服了两者的缺点，能够得到最佳的控制效果。
１ 硬件电路
本文以Ａｔｍｅｇａ１２８为主控制器，实现了一种混合
控制，系统示意图如图１所示。主要电路分为３部
分：单片机、键盘显示和Ｅｌ历时钟芯片之间的Ｉ／０通
信电路，以光敏电阻构成感光元件的反馈电路，单片
机控制步进电机的驱动电路。
日历时钟芯片 键盘ｈ ｌ ｆ
Ａ廿ｎ ｌ２８ ＬＣＤ ＬＪ ｊ
反馈电路
图１ 系统示意图 单片机、键盘显示和日历时钟芯片直接使用Ｉ／０
论述有机朗肯循环的太阳能热发电
论述有机朗肯循环的太阳能热发电
我国具有丰富的太阳能资源，随着化石能源的枯竭，开发利用可再生清洁能源意义尤为重大。目前，世界上太阳能发电技术主要有光伏发电和聚焦型太阳能热发电（Concentrating Solar Power， CSP）。CSP具有效率高、成本低等诸多优势，从长远的角度看比光伏发电更理想。太阳能热发电，不消耗化石能源，无污染，是清洁能源发电的代表，具有广阔的发展前景。太阳能低温热发电技术简单、管理成本低，具有很强的竞争力。按循环形式不同，CPS可分为Rankine（朗肯）循环、Brayton（布雷顿）循环、Stirling（斯特林）循环。其中朗肯循环应用较为广泛，可用于太阳能发电、工业余热发电、地热发电、生物质能发电和海洋温差能发电等方面。
1 有机朗肯循环系统模型
有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC）可利用集热器、换热器、泵、汽轮机、发电机等设备实现太阳能到电能的转换。ORC具有使高温高压工质蒸汽转化为为低温低压工质蒸汽的汽轮机，利用蒸汽做功进行发电，从汽轮机中排出的蒸汽在凝汽器中冷却、液化，在经过泵加压后重新在蒸发器中加热蒸发成为高温高压蒸汽。ORC采用有机工质（如R134a）,工质在蒸发器中吸收低品位热能，历经液态加热、沸腾、过热三个阶段进入汽轮机，膨胀后推动汽轮机做功，并转化为电能。ORC一般用于从低温热源吸热，固一般采取较小的过热度，若采用绝热工质则需保证一定的过热度。定义系统的发电效率为：，其中Wf为发电机发出的电能；Wx为系统内部消耗的电能；Q吸为工质从太阳能集热器吸收的热能。
制约太阳能低温朗肯循环发电的主要因素是热效率低、成本高、没有合适的循环工质。汽轮机排出的工质乏气直接进入冷凝器，大量的冷凝热被排到大气，严重影响系统的热效率。因此，有机朗肯循环的经济性直接决定于循环工质的热力学性质，开发有效利用工质冷凝热，选择安全可靠的新型工质，对太阳能朗肯循环技术的发展至关重要。 2 有机工质研究
HCPVT高聚光太阳能光伏发电及光热系统技术简介
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HCPVT 高聚光太阳能光伏发电及光热系统技术预可研报告
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随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的逐步增强,以光伏为核心的 太阳能发电事业近年来有了快速发展. 但光伏电力比传统火电价格高达 4-6 倍以 上,完全市场化运营特别是为普通老百姓所接受还有一定困难.根据最近刚刚结 束的京都议定书修改,未来高耗能产品输出将受到严格限制.生产过程须高耗能 的单,多晶硅太阳能电池将面临严苛挑战.而具环保低耗能且发电转换效率更高 的砷化镓太阳能电池,估计将逐渐取代晶硅太阳能电池市场.目前市场上量产的 单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在 15%上下,为了提炼晶硅原料,需要花 费极高的能源, 所以严格地说, 现今的晶硅太阳电池, 也是某种型式的浪费能源.
而砷化镓太阳能电池,由于原料取得不需使用太多能源,而且光电转换效率高达 38%以上,比传统晶硅原料高出许多,符合修改后的京都议定书规范,估计未来 将成市场主流. 最近美国道康宁公司与德国瓦克公司拟在江苏省张家港地区申请大片良田 建立有机硅厂.这一项目如果上马,将耗费我大量宝贵的金属硅资源,其产品市 场却主要在国外.这一项目对于我资源的就地开采,加工,也将造成四川,山西 等其他生产基地电力等资源的巨大消耗,同时还会大量砍伐树木,排放超标的温 室气体,造成严重的生态污染.据有关专家粗略计算,仅为上述张家港地区拟建 的有机硅厂提供一年 10 万吨的硅,就需要纯净木炭数万吨,折合成木材就远不
止几万吨了.此外,每炼 1 吨硅仅电炉的电耗就是 1.4 万度,生产过程还将释放 大量二氧化碳,存在着大量的粉尘污染,尤其对半径 10 公里以内生活的人群来 说,其健康会受到影响,严重的会造成矽肺病.数年前,在我国对高耗能产业和 温室气体排放问题还不太注意的时候,