范文一:太阳能板照射角度追踪控制系统
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太阳能板照射角度追踪控制系统
太陽能板照射角度追蹤控制系統 太陽能板照射角度追蹤控制系統 參賽組員 林世偉、徐智城、黃昱勛、梁如柏指導老師 楊基鑫 修平技術學院 電機工程系 摘要 摘要 在國際油價節節高漲、不斷創新高,且全球石油資源有限下,加上京都議定書廢氣減量壓力的環保意識抬頭,使得傳統燃石油、燃煤等發電方式受到限制,因此,世界主要國家近年來乃積極研發以潔淨的再生能源來取代礦物燃料發電,以減輕傳統發電方式所產生之污染問題。在替代性能源中,無論是太陽能、風能、生質能等,均為各先進國家共同推展的目標,其中,尤以太陽能的應用,因為需求最為強烈而出頭天。太陽能發電設備具有低污染特性,產品壽命可長達20年以上,加上太陽光取之不盡、用之不竭,且不受土地環評限制之特性,長期而言,太陽能發電(PV)產業仍是許多國家發展再生能源的最愛。 目前德國、日本等許多先進國家對於太陽光電均設有產業發展目標與獎勵補助措施,另一方面也大量投入先進太陽光電之技術研發。預計隨著量產技術愈趨成熟,未來太陽光發電成本會急速下降,樂觀的話,預期至2010年,太陽光發電成本最低可降至每度電約10~15美分,屆時將可與尖峰氣渦輪發電成本(在台灣約3.7~11元台幣,度電)相抗衡。從全球市場窺探,目前太陽能需求最強勁的地區,仍以歐洲為主,其中又以德國太陽能裝置全球市占率高達39%為最,其次為日本的30%,全球最大的能源消費國美國才僅約9%。不過,高油價時代已喚起美國對替代能源更進一步重視,日前加州州長阿諾已提案,希望國會通過對發展太陽能的企業展開補助計畫,其中內容主要包括財務上的誘因,以及建立百萬個太陽能屋頂所需具備建築標準,並在2017年達到半數新造房屋具有太陽能系統目標。 1. 研究目的 1. 研究目的 1.1 創作動機 1.1 創作動機 油價日益高漲,各國紛紛投入經費開發及研究綠色替代能源,而太陽能是人們還在努力開發的替代能源之一,但是目前所生產的太陽能板,其光能轉換電能的轉換率還是偏低,因此本專題希望製作一組太陽能最大功率追蹤器,將太陽能板姿態角度控制在正對太陽光最強的方向,以便能在太陽能板有限轉換率之限制下獲得較佳的電能儲存。 以目前市場上現有的太陽能最大功率追蹤器普遍以隨著時間的改變,控制馬達轉動太陽能板改變太陽能板對太陽的仰角。再陰天或是微弱太陽光線下捕捉能產生最大轉換電能太陽光仰角。因此有想著做出能夠即時反應改變太陽能板方向,朝向鮮少人做的市場。 1.2 創作目的 1.2 創作目的 太陽能板照射角度追蹤控制系統最主要的功能為利用感測器,感測太陽照射角度及光照度,將感測信號經由OPA所組的電路經過放大、減法、比較,再控制馬達轉動太陽能板的旋轉機構,讓太陽能板能夠以90度垂直照射角度,達成太陽能板最大功率產生發電。因此本專題預期將能夠善加利用OPA成本低廉的特性,並以確實的數據,以數位訊號精準的控制直流馬達正反轉,轉動太陽能板,太陽光轉換電能的效率可提高。 1.3 預期功能 1.3 預期功能 (1).能夠即時反應太陽光照射最強的位置。 (2).能夠判別陰天及夜晚,使太陽能板轉到適當的位置。 1
(3).本作品,能夠自行發電,自行供電,並可以再供應電源給其他設施使用。 (4).太陽即使由西方落下,能夠將太陽能板轉向東方等待太陽升起。 1.4 產品化之市場分析 1.4 產品化之市場分析 本國為高山島國,西岸海水太淺不利潮汐發電;高山地形造成河流短又急,不立於水力發電;而風力發電隨著地方氣候、地形,無法有效運作;時常仰賴進口煤炭,燒炭產生空氣污染及二氧化碳的火力發電;核能發電發電效率高卻也是需要處理高污染源的核廢料。因此只有一年四季都適宜的太陽能發電較為適合本國所推崇使用。 因應綠色再生能源,各國致力發展綠色能源,甚至還有著綠色房屋,有著風力發電及太陽能發電,還有本國政府行之有年補助太陽能熱水器安裝、架設。 各國科學家正在發展提高各種能源的使用率,發展之中,不能只等著新能源的出現,或是新型式能源的提煉,所以以上種種,能夠在每天有限的光陰之中,轉換或製造出功率強大的再生能源,將是未來能源市場上,最大最有利的商機。 圖一. 太陽能板照射角度追蹤控制系統 2. 研究方法 2. 研究方法 2.1 文库 http://www.doc66.com/ 手机文库 http://m.doc66.com/
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太陽能板與太陽仰角 2.1 太陽能板與太陽仰角 太陽能板的規格是用 7.5V,60mA 兩塊下去做串聯使用。以白織燈照射下太陽能板最大電壓是 17.6V,而在太陽底下照射則是產生了16.8V。 會以雙軸來設計本作品,主要是克服台灣位於在地球的北半球,按地理緯度及太陽赤緯計算,時間係地方視太陽時,方位角起點以正北起算,上午由北向東量至南,下午由北向西量至南。參考圖二。 圖二. 台灣四季太陽仰角與方位圖說 (1). 夏至時太陽從東偏北方升起,掠過天頂,光線直射,天氣炎熱,而由西偏北方落下,在天空劃出最長的弧 線,停留於天空的時間也最長,此時晝最長,夜最短,每年夏至約為 6 月23 日。(2). 冬至時太陽從東偏南方升起,掠過低空,光線斜射,天氣寒冷,而由西偏南方落下,在天空劃出最短的弧 線,停留於天空的時間也最短,此時晝最短,夜最長,每年冬至約為 12 月23 日。 (3). 春秋分時,太陽由東方升起,由西方落下,光線平均照射在南北兩半球上。春分約為 3 月23 日,秋分約為 9 月 23 日。 因此以台灣的地理位置而言,要應付太陽光一年四季各種仰角變化,以雙軸設計是最佳方式。 2
台中(北緯 24.15 度,東經 120.68 度) 季節 夏至 春分、秋分 冬至 時 仰角、方位 仰角方位 仰角方位6 10.3、068.7 01.3、090.4 7 23.1、073.5 14.5、096.7 04.0、117.98 36.4、077.7 28.0、103.8 15.5、125.39 49.8、081.6 41.0、112.9 26.0、134.810 63.4、085.4 52.9、126.4 34.6、147.211 77.1、090.0 62.3、148.5 40.4、162.9中天 89.3、180.0 65.8、180.0 42.3、180.012 88.9、232.4 65.8、182.3 42.3、181.113 75.4、269.3 61.3、214.9 39.9、199.114 61.8、275.1 51.5、235.7 33.7、214.515 48.2、278.9 39.4、248.4 24.8、226.516 34.7、282.8 26.3、257.2 14.1、235.717 21.5、287.0 12.9、264.1 02.6、242.918 08.7、292.0 表一. 台中太陽四季仰角方位角 2.2 電路結構 2.2 電路結構 太陽能板照射角度追蹤控制系統以四種模組構成: (1)核心電路模組:此電路模組主要功能為感測。以光敏電阻當作感測器,感測信號經過電壓隨耦器後,再經過雙減法器產生訊號給比較器做處理後,利用數位訊號控制及邏輯IC產生馬達驅動信號。 (2)馬達正反轉與定位控制模組:主電路所輸出訊號再給馬達正反轉模組,控制馬達轉動太陽能板的旋轉機構,讓太陽能板能夠正對太陽光最強的方向,流程圖如下圖所示。 (3)電源模組:由太陽能板與充電電路構成,讓核心電路及馬達正反轉模組可以順利運作,並達到自行發電、自行供電等獨立運作的功能。 圖三. 電路控制流程圖 。 圖四. 充電過程流程圖 (4)歸復電路: 歸復電路也就是自保持電路,利用自保持電路的原里,讓當太陽能板轉動到西邊時,到最大角度,此時太陽也西沉了。極限開關,按下後,開始動作,反轉轉至面向東邊的方向。 3
圖五. 主電路成品照 2.3 硬體架構 2.3 硬體架構 本專題預計利用壓克力板,製作成各種組件。壓克力材質輕、堅固、可塑性高,可以利用各種工具,輕易的做成所需的組件。除了重要部位,如旋轉的軸承、支撐軸承的固定架、齒輪,考慮硬體強度問題,不是用鐵,就是鋁合金替代。為了能夠讓太陽能板做旋轉的動作,故設計類似像蹺蹺板的形狀,將感測器(光敏電阻)裝設在蹺蹺板的兩端,以便能夠順利感測太陽光的強度。蹺蹺板的中心軸承上將有馬達帶動齒輪,做出正反轉動作,讓太陽能板能夠垂直對著太陽。 圖六. 太陽能板與 Y 軸機構 2.4 動作原理 2.4 動作原理 當 A 光敏電阻,感受到較強烈的太陽光時,流經的電壓較大,B 光敏電阻的電壓較小。經過主電路的運算後,直流馬達接收到主電路反轉的訊號,開始反轉。 圖七. 太陽能板 Y 軸反轉表示圖 反轉的過程中,A 與 B 光敏電阻能然不斷將訊號送至主電路,反轉到一定的角度,A 與 B光敏電阻感受到相同大小的電壓時,送到主電路的運算處理後,會給予馬達正反轉與定位控制模組停止的訊號,馬達即立刻停止反轉。 圖八. 太陽能板平衡表示圖 而若 B 光敏電阻所感測到的電壓大於 A 光敏電阻時,就會使馬達正轉,等到 A 與 B 光敏電阻平衡時就立即停止。以上動作描述是 Y 軸的動作描述,主要讓太陽能板能夠順著太陽東起西沉的特性而動作。 圖九. 太陽能板 Y 軸正轉表示圖 4
而 X 軸的動作原理也同於 Y 軸的動作方式,但不同的地方是當 D 光敏電阻感受到較強烈的太陽光時,使馬達反轉,使整個太陽能板能夠面向太陽。 圖十. 太陽能板 X 軸反轉表示圖 圖十一. 太文库 http://www.doc66.com/ 手机文库 http://m.doc66.com/
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陽能板 X 軸正轉表示圖 反之當 C 光敏電阻感受到較強的太陽光時,使馬達正轉。而 C 與 D 光敏電阻感受到相同電壓時,馬達則停止不動。 3. 結果與討論 3. 結果與討論 3.1 結果 3.1 結果 將本專題移至太陽下做測試,並且與太陽能熱水器上的固定式太陽能板做比較。傳統的擺放方式是將太陽能板斜放面向南方,這是因為臺灣位於北半球,加上的地球自轉方式傾斜,造成正午的時候,太陽並非在天頂而是偏向南方。測試方式以早上六點開始,以每小時整點紀錄之各項平均電壓、電流,並計算功率。以利用來比較其差異性。 經過十二小時的測試結果,在表二之中可見兩者功率的差異。以本專題 12 小時鎖記錄下的總平均功率高於傳統向南擺設太陽能板14.5%,所以本專題可以有效的提高太陽能板發電的總功率。 平均功率比較表05001000150020002500678910 111213 141516 1718
時間(小時)平均功率(P)照射角度追蹤控制系統傳統向南擺設太陽能板 表二. 平均功率比較表 近幾年太陽光電市場風起雲湧,主因是德國、日本與美國加州政府的大力補助。一但補助不存在,市場是否仍能維持是一大隱憂。然而不論如何,人類使用太陽能發電的腳步必須持續下去,我們需要持續研發,尋求科技上重大的突破,以期能大幅降低發電成本。近年來奈米科技的進步,提供了新的契機,染料敏化太陽電池就是一例。由近年奈米科技應用在太陽光電的進展來看,可預期未來奈米科技將扮演重要的角色。 3.2 未來發展及改進 3.2 未來發展及改進 本專題主要是以 OPA 所構成的硬體電路,去執行比較,沒有辦法去感測到較為細微的光線亮度及太陽仰角之變化。 太陽光下做實測時,正午十二時至下午三時,太陽光正強,也加上光敏電阻兩兩相距不遠,無法有效去感測而轉動方向,使太陽能板對向太陽。 所以改進的方式有以下幾項: (1). 將硬體電路改用單晶片去做控制,將光敏電阻所感測到的電壓輸出,透過類比轉數位,交付給單晶片,以微微的電壓差距,控制馬達轉動太陽能板,直到兩邊感測器輸出之電壓都相同時,才停止動作。 5
(2). 加長感測器與感測器之間的距離。 (3). 換上高轉換效率之太陽能板,以利儲存電能。 (4). 增加感測器數量,提高偵測範圍及參考數據。 (5). 若改用單晶片做控制,須將馬達電路改成PWM 控制更為精準。 (6). 擴充使用 LCD 模組,隨時顯示充電電流的 大小,也可得知實際上充電過程中所得到的效率。 (7). 傳動齒輪間隙過小,而造成靜止轉距略大,因此需將齒輪在磨合或是在重新配置,已達省能的要求。 (8). 光敏電阻為一種便宜又可靠度佳既方便使用的光感元件。由於光敏電阻的規格性能不一,故需經過篩選後才可使用,改善方法為購買較精密且性質相近的光敏電阻或購買同一批的光敏電阻。 若能根據以上八項加以改進的話,必定會提高無汙染、綠色能源的使用率。 圖十二. 單晶片控制周邊電路圖 參考文獻 [1] 蔡朝洋,電子學實驗,全華科技圖書,第 415~460 頁。 [2] 盧明智、黃敏祥,,, ,,,應用,實驗模擬,全華科技圖書,第 53~175 頁。 [3] 趙惠美、許錦銘,數位邏輯設計實習,文京出版社,第17~41頁。 [4] 教育部環保小組http://www.edu.tw/EDU_WEB/Web/ENVIRONMENTAL/index.php [5] 中華民國全國工業總會http://www.cnfi.org.tw/kmportal/front/bin/home.phtml [6] www.solar-i.com/know.htm [7]
科技產業資訊室http://cdnet.stpi.org.tw/techroom.htm [8] 嘉臣科技~技術客服部資料提供 http://www.gachen.net [9] 綠色能源網 http://ge.tcivs.tc.edu.tw/ [10] 鄭名山,「太陽能發電簡介」物理專文, 物理雙月刊(廿九卷三期) 2007 年六月,第 707 ,716 頁。 [11]中央氣象局,太陽四季仰角方位角 http://www.cwb.gov.tw/V5/astronomy/Data/calendar/ season.htm [12] 于老師教室 http://yunol.stes.tc.edu.tw/ 圖十三.用白織燈模擬太陽光測試圖。 6
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范文二:太阳能板照射角度追踪控制系统
太陽能板照射角度追蹤控制系統
參賽組員 林世偉、徐智城、黃昱勛、梁如柏
指導老師 楊基鑫 修平技術學院 電機工程系
摘要
在國際油價節節高漲、不斷創新高,且全球石油資源有限下,加上京都議定書廢氣減量壓力的環保意識抬頭,使得傳統燃石油、燃煤等發電方式受到限制,因此,世界主要國家近年來乃積極研發以潔淨的再生能源來取代礦物燃料發電,以減輕傳統發電方式所產生之污染問題。在替代性能源中,無論是太陽能、風能、生質能等,均為各先進國家共同推展的目標,其中,尤以太陽能的應用,因為需求最為強烈而出頭天。太陽能發電設備具有低污染特性,產品壽命可長達20年以上,加上太陽光取之不盡、用之不竭,且不受土地環評限制之特性,長期而言,太陽能發電(PV)產業仍是許多國家發展再生能源的最愛。
目前德國、日本等許多先進國家對於太陽光電均設有產業發展目標與獎勵補助措施,另一方面也大量投入先進太陽光電之技術研發。預計隨著量產技術愈趨成熟,未來太陽光發電成本會急速下降,樂觀的話,預期至2010年,太陽光發電成本最低可降至每度電約10~15美分,屆時將可與尖峰氣渦輪發電成本(在台灣約3.7~11元台幣/度電)相抗衡。從全球市場窺探,目前太陽能需求最強勁的地區,仍以歐洲為主,其中又以德國太陽能裝置全球市占率高達39%為最,其次為日本的30%,全球最大的能源消費國美國才僅約9%。不過,高油價時代已喚起美國對替代能源更進一步重視,日前加州州長阿諾已提案,希望國會通過對發展太陽能的企業展開補助計畫,其中內容主要包括財務上的誘因,以及建立百萬個太陽能屋頂所需具備建築標準,並在2017年達到半數新造房屋具有太陽能系統目標。
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1. 研究目的 1.1 創作動機
油價日益高漲,各國紛紛投入經費開發及研究綠色替代能源,而太陽能是人們還在努力開發的替代能源之一,但是目前所生產的太陽能板,其光能轉換電能的轉換率還是偏低,因此本專題希望製作一組太陽能最大功率追蹤器,將太陽能板姿態角度控制在正對太陽光最強的方向,以便能在太陽能板有限轉換率之限制下獲得較佳的電能儲存。
以目前市場上現有的太陽能最大功率追蹤器普遍以隨著時間的改變,控制馬達轉動太陽能板改變太陽能板對太陽的仰角。再陰天或是微弱太陽光線下捕捉能產生最大轉換電能太陽光仰角。因此有想著做出能夠即時反應改變太陽能板方向,朝向鮮少人做的市場。
1.2 創作目的
太陽能板照射角度追蹤控制系統最主要的功能為利用感測器,感測太陽照射角度及光照度,將感測信號經由OPA所組的電路經過放大、減法、比較,再控制馬達轉動太陽能板的旋轉機構,讓太陽能板能夠以90度垂直照射角度,達成太陽能板最大功率產生發電。因此本專題預期將能夠善加利用OPA成本低廉的特性,並以確實的數據,以數位訊號精準的控制直流馬達正反轉,轉動太陽能板,太陽光轉換電能的效率可提高。
1.3 預期功能
(1).能夠即時反應太陽光照射最強的位置。 (2).能夠判別陰天及夜晚,使太陽能板轉到
適當的位置。
(3).本作品,能夠自行發電,自行供電,並
可以再供應電源給其他設施使用。 (4).太陽即使由西方落下,能夠將太陽能板
轉向東方等待太陽升起。
2. 研究方法
2.1 太陽能板與太陽仰角
太陽能板的規格是用7.5V,60mA兩塊下去做串聯使用。以白織燈照射下太陽能板最大電壓是17.6V,而在太陽底下照射則是產生了16.8V。
會以雙軸來設計本作品,主要是克服台灣位於在地球的北半球,按地理緯度及太陽赤緯計算,時間係地方視太陽時,方位角起點以正北起算,上午由北向東量至南,下午由北向西
量至南。參考圖二。
1.4 產品化之市場分析
本國為高山島國,西岸海水太淺不利潮汐發電;高山地形造成河流短又急,不立於水力發電;而風力發電隨著地方氣候、地形,無法有效運作;時常仰賴進口煤炭,燒炭產生空氣污染及二氧化碳的火力發電;核能發電發電效率高卻也是需要處理高污染源的核廢料。因此只有一年四季都適宜的太陽能發電較為適合本國所推崇使用。
因應綠色再生能源,各國致力發展綠色能源,甚至還有著綠色房屋,有著風力發電及太陽能發電,還有本國政府行之有年補助太陽能熱水器安裝、架設。
各國科學家正在發展提高各種能源的使用率,發展之中,不能只等著新能源的出現,或是新型式能源的提煉,所以以上種種,能夠在每天有限的光陰之中,轉換或製造出功率強大的再生能源,將是未來能源市場上,最大最有利的商機。
圖二. 台灣四季太陽仰角與方位圖說
(1). 夏至時太陽從東偏北方升起,掠過天頂,光線直射,天氣炎熱,而由西偏北方落下,在天空劃出最長的弧 線,停留於天空的時間也最長,此時晝最長,夜最短,每年夏至約為6月23日。
(2). 冬至時太陽從東偏南方升起,掠過低空,光線斜射,天氣寒冷,而由西偏南方落下,在天空劃出最短的弧 線,停留於天空的時間也最短,此時晝最短,夜最長,每年冬至約為12月23日。
(3). 春秋分時,太陽由東方升起,由西方落下,光線平均照射在南北兩半球上。春分約為3月23日,秋分約為9月23日。
因此以台灣的地理位置而言,要應付太陽光一年四季各種仰角變化,以雙軸設計是最佳
圖一. 太陽能板照射角度追蹤控制系統
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方式。
台中(北緯24.15度,東經120.68度) 季節
夏至
春分、秋分 仰角方位
冬至 仰角方位
時 仰角、方位 6 7 8 9 10 11
10.3、068.7 01.3、090.4
23.1、073.5 14.5、096.7 04.0、117.936.4、077.7 28.0、103.8 15.5、125.349.8、081.6 41.0、112.9
26.0、134.863.4、085.4 52.9、126.4 34.6、147.277.1、090.0 62.3、148.5 40.4、162.9
中天 89.3、180.0 65.8、180.0
42.3、180.012 13 14 15 16 17 18
88.9、232.4 65.8、182.3 42.3、181.175.4、269.3 61.3、214.9 39.9、199.161.8、275.1 51.5、235.7 33.7、214.548.2、278.9 39.4、248.4 24.8、226.534.7、282.8 26.3、257.2 14.1、235.721.5、287.0 12.9、264.1 02.6、242.908.7、292.0
表一. 台中太陽四季仰角方位角
2.2 電路結構
太陽能板照射角度追蹤控制系統以四種模組構成:
(1)核心電路模組:此電路模組主要功能為感測。以光敏電阻當作感測器,感測信號經過電壓隨耦器後,再經過雙減法器產生訊號給比較器做處理後,利用數位訊號控制及邏輯IC產生馬達驅動信號。
(2)馬達正反轉與定位控制模組:主電路所輸出訊號再給馬達正反轉模組,控制馬達轉動太陽能板的旋轉機構,讓太陽能板能夠正對太陽光最強的方向,流程圖如下圖所示。
(3)電源模組:由太陽能板與充電電路構成,讓核心電路及馬達正反轉模組可以順利運作,並達到自行發電、自行供電等獨立運作的功能。
圖四. 充電過程流程圖
(4)歸復電路: 歸復電路也就是自保持電路,利用自保持電路的原里,讓當太陽能板轉動到西邊時,到最大角度,此時太陽也西沉了。極限開關,按下後,開始動作,反轉轉至面向東邊的方向。
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。
圖三. 電路控制流程圖
圖五. 主電路成品照
圖七. 太陽能板Y軸反轉表示圖
2.3 硬體架構
本專題預計利用壓克力板,製作成各種組件。壓克力材質輕、堅固、可塑性高,可以利用各種工具,輕易的做成所需的組件。除了重要部位,如旋轉的軸承、支撐軸承的固定架、齒輪,考慮硬體強度問題,不是用鐵,就是鋁合金替代。為了能夠讓太陽能板做旋轉的動作,故設計類似像蹺蹺板的形狀,將感測器(光敏電阻)裝設在蹺蹺板的兩端,以便能夠順利感測太陽光的強度。蹺蹺板的中心軸承上將有馬達帶動齒輪,做出正反轉動作,讓太陽能板能
夠垂直對著太陽。
反轉的過程中,A與B光敏電阻能然不斷將訊號送至主電路,反轉到一定的角度,A與B光敏電阻感受到相同大小的電壓時,送到主電路的運算處理後,會給予馬達正反轉與定位控
制模組停止的訊號,馬達即立刻停止反轉。
圖八. 太陽能板平衡表示圖
而若B光敏電阻所感測到的電壓大於A光敏電阻時,就會使馬達正轉,等到A與B光敏電阻平衡時就立即停止。以上動作描述是Y軸的動作描述,主要讓太陽能板能夠順著太陽東
起西沉的特性而動作。
圖六. 太陽能板與Y軸機構
2.4 動作原理
當A光敏電阻,感受到較強烈的太陽光時,流經的電壓較大,B光敏電阻的電壓較小。經過主電路的運算後,直流馬達接收到主電路
反轉的訊號,開始反轉。
圖九. 太陽能板Y軸正轉表示圖
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而X軸的動作原理也同於Y軸的動作方式,但不同的地方是當D光敏電阻感受到較強烈的太陽光時,使馬達反轉,使整個太陽能板
能夠面向太陽。
14.5%,所以本專題可以有效的提高太陽能板發電的總功率。
圖十. 太陽能板X軸反轉表示圖
表二. 平均功率比較表
近幾年太陽光電市場風起雲湧,主因是德國、日本與美國加州政府的大力補助。一但補助不存在,市場是否仍能維持是一大隱憂。然而不論如何,人類使用太陽能發電的腳步必須持續下去,我們需要持續研發,尋求科技上重大的突破,以期能大幅降低發電成本。近年來
圖十一. 太陽能板X軸正轉表示圖
反之當C光敏電阻感受到較強的太陽光時,使馬達正轉。而C與D光敏電阻感受到相同電壓時,馬達則停止不動。
奈米科技的進步,提供了新的契機,染料敏化太陽電池就是一例。由近年奈米科技應用在太陽光電的進展來看,可預期未來奈米科技將扮演重要的角色。
3.2 未來發展及改進
3. 結果與討論 3.1結果
將本專題移至太陽下做測試,並且與太陽能熱水器上的固定式太陽能板做比較。傳統的擺放方式是將太陽能板斜放面向南方,這是因為臺灣位於北半球,加上的地球自轉方式傾斜,造成正午的時候,太陽並非在天頂而是偏向南方。測試方式以早上六點開始,以每小時整點紀錄之各項平均電壓、電流,並計算功率。以利用來比較其差異性。
經過十二小時的測試結果,在表二之中可見兩者功率的差異。以本專題12小時鎖記錄下的總平均功率高於傳統向南擺設太陽能板
本專題主要是以OPA所構成的硬體電
路,去執行比較,沒有辦法去感測到較為細微的光線亮度及太陽仰角之變化。
太陽光下做實測時,正午十二時至下午三時,太陽光正強,也加上光敏電阻兩兩相距不遠,無法有效去感測而轉動方向,使太陽能板對向太陽。
所以改進的方式有以下幾項:
(1). 將硬體電路改用單晶片去做控制,將光敏
電阻所感測到的電壓輸出,透過類比轉數位,交付給單晶片,以微微的電壓差距,控制馬達轉動太陽能板,直到兩邊感測器輸出之電壓都相同時,才停止動作。 5
(2). 加長感測器與感測器之間的距離。 (3). 換上高轉換效率之太陽能板,以利儲存電
能。
(4). 增加感測器數量,提高偵測範圍及參考數
據。
(5). 若改用單晶片做控制,須將馬達電路改成
PWM控制更為精準。
(6). 擴充使用LCD模組,隨時顯示充電電流的
大小,也可得知實際上充電過程中所得到的效率。
(7). 傳動齒輪間隙過小,而造成靜止轉距略
大,因此需將齒輪在磨合或是在重新配置,已達省能的要求。
(8). 光敏電阻為一種便宜又可靠度佳既方便使
用的光感元件。由於光敏電阻的規格性能不一,故需經過篩選後才可使用,改善方法為購買較精密且性質相近的光敏電阻或購買同一批的光敏電阻。
若能根據以上八項加以改進的話,必定會
提高無汙染、綠色能源的使用率。
[4] 教育部環保小組
http://www.edu.tw/EDU_WEB/Web/ENVIRONMENTAL/index.php [5] 中華民國全國工業總會
http://www.cnfi.org.tw/kmportal/front/bin/home.phtml
[6] www.solar-i.com/know.htm [7] 科技產業資訊室
http://cdnet.stpi.org.tw/techroom.htm [8] 嘉臣科技~技術客服部資料提供
http://www.gachen.net
[9] 綠色能源網http://ge.tcivs.tc.edu.tw/
[10] 鄭名山,「太陽能發電簡介」物理專文,
物理雙月刊(廿九卷三期) 2007 年六月,第707 ~716頁。
[11]中央氣象局,太陽四季仰角方位角
http://www.cwb.gov.tw/V5/astronomy/Data/calendar/ season.htm [12] 于老師教室
http://yunol.stes.tc.edu.tw/
圖十二. 單晶片控制周邊電路圖
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圖十三.用白織燈模擬太陽光測試圖。
6
范文三:冬天和夏天太阳角度 夏天和冬天
冬天和夏天太阳角度 夏天和冬天
夏天和冬天
四季当中我最喜欢夏天和冬天了。
因为夏天可以穿裙子,游泳、吃冰淇淋,树木长得很高大,茂盛得很,树冠就象一个个雨伞,给人们挡着太阳,很荫凉。各种花儿也都开了,栀子花多么的香呀,香得简直醉人呀,小草也长得碧绿碧绿的。
冬天虽然很冷,但是冬天会下雪,冷冷的雪飘在脸上就好象一滴水落在脸上一样,大地一片银白,雪儿好象给大地穿上了一件白色的衣服,房子上也是一片白,雪儿给房子也穿上了白衣。还可以堆雪人,打雪球。
这就是夏天和冬天,小朋友你喜欢哪个季节,
夏天和冬天相关内容:欢乐的夏天 春天悄悄的过去了,夏天来到了。早晨小红在树下做早操。一只小花猫在他的身边夸小红真棒。中午一位老爷爷坐在树下乘凉,他一边摇着扇子,一边想今天的天气真热呀~树上的知了不停的叫。傍晚太阳下山了,天空中的晚霞是多么迷人。...
夏天 夏天真是一个热闹的季节。小孩子一个劲儿地去游泳。碧绿的菏叶,快乐的青蛙正在唱歌。青青的莲藕,飘荡在水中,快乐地玩耍,像在迎接我们。我们呀~一个劲儿的摘它,我觉的这样是不对的,我可不愿意做这样的孩子。夏天,西瓜也成熟了。
夏天 夏天可真美呀,有碧绿的荷叶,粉红的荷花,蜻蜓在荷
叶间翩翩起知舞。暗边,柳叶绿的几乎密不透风,知了在不停地叫着。(待续)...
夏天的味道 我对夏天有一种特殊的感觉,谈不上是讨厌,也谈不上是喜欢,只是觉得夏天有一种特别的味道,是其他季节所没有的。夏天有一种热情的味道,每当一到夏天,火辣辣的太阳,好像要把自己的光和热全部展示给人们看,为夏天的到来而庆祝一番。
夏天的夜晚 一个夏天的夜晚,天上的繁星亮晶晶,一闪闪真像无数个大眼睛。我和爷爷、奶奶在院子里观察满天的星星。爷爷收纳蒲扇一边扇风一边给我讲关于行星的故事牛郎和织女的故事。我和奶奶听得津津有味,连小猫也笑了。
夏天 夏天来临了,我和妈妈、奶奶吃水果。妈妈拿来了许多水果,有甜甜的桃子,有酸酸的梅子,还有大大的西瓜。妈妈切了一个最大的西瓜,我挑了一块最红的西瓜送给奶奶。奶奶笑呵呵的收下西瓜津津有味的吃了起来。
夏天的池塘 火红的太阳升起来了,唤醒了可爱的小鸟。小池塘里布满了碧绿碧绿的荷叶,有的荷叶伸出水面,一片片荷叶你挨着我我挨着你,像一把把张开的大伞。有的荷叶浮在水面像一个个圆圆的盘子。池塘里开满了粉红色的荷花。
夏天 夏天是一个炎热的季节,也是一个变幻无常的季节,你可能会问我夏天这么炎热,会让我们的心情烦躁,你为什么喜欢呢?我回答到:因为在夏天我们可以游泳.吹空调......做自己喜欢的事情,
而且我的生日也在夏天当中.我的生日是8月21日,在8月份我可
以...
范文四:太阳光照射角度双轴自动跟踪系统(可编辑)
太阳光照射角度双轴自动跟踪系统
摘要
随着以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将越来越适应可持续发展的需要,包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。利用洁净的太阳光能,以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有这十分广阔的应用前景。
本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。该系统是以单片机为核心,利用太阳轨道公式进行太阳高度角及方位角计算,并利用计时芯片以及步进电机驱动双轴跟踪系统,使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线,从而提高太阳能的吸收效率。
目前本设计仅通过简单的计算公式得到的数据,对东西向进行每小时一次的角度改变,南北向进行每天一次的角度改变,再通过单片机的判断进行每晚的东西向回归控制以及每半年的南北向跟踪方向的改变控制。
由于时间及作者目前的知识限制,跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪,有较大误差,今后如有机会再进行改进。
关键词:太阳能电池 太阳照射角 自动跟踪 单片机 步进电机
Abstract
With the conventinuous consumption of resources , the
conventional enenrgy-based energt strcucture has not already more and
more adapt to the needs for sustainable development,sppeing-up the
development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect.
In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light - electricity conversion efficiency. The system is based on single-chip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dual-axis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the east-west to the point of view will be changed once an hour, the north-outh perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the north-south change in control Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future.
Keywords: solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically single-chip Stepping motor
目录
第一章 绪论 4
1.1背景和意义 4
1.2太阳追踪系统的国内外研究现状 4 1.2.1光电追踪 5
1.2.2视日运动轨迹追踪 5
1.3论文系统设计方案 7
1.3.1机械运动实现方案 7
1.3.2控制系统方案 8
第二章 跟踪系统的设计构想及框架 9 2.1 跟踪系统的设计要求 9
2.2 跟踪系统的组成 9
2.1.1.太阳能采集装置 10
2.1.2.转向机构 10
2.1.3.控制部分 10
2.1.4.贮能装置 11
2.1.5.逆变器 11
2.1.6.控制器 12
2.3 太阳照射规律 12
2.3.1.地球围绕太阳的运行规律 12 2.3.2.太阳高度角和方位角的确定 13 第三章 机械部分设计 17
3.1整体框架的设计 17
3.2 减速装置的选型 18
3.3驱动电机的选型 19
3.4支撑架设计 20
3.5机械结构的整体布局 21
第四章 控制部分的设计 23
4.1 整体电路图的设计 23
4.2辅助电路最小理论值 23
4.2.1振荡电路 23
4.2.2复位电路 24
4.3电机驱动电路 26
4.4太阳能控制电路 27
4.5液晶显示电路 28
第六章 总结 35
参考文献 36
致谢 38
第一章 绪论
1.1背景和意义
当前,以石油,煤,天然气等为主的常规能源,面临着日益“枯竭”的紧迫情势。现有的已探测储量仅够人类使用几十年。并且,这些常规能源的使用,对环境有着很大的影响,是导致温室效应的罪魁祸首。因此,开发和利用新能源的来取代常规能源变的十分紧迫,也是人类当务之急的“任务”之一。目前,所开发和利用的新能源主要有太阳能、风能、核能、潮汐能等。太阳能与其他新能源相比可以普遍使用,并且技术上要求没有其他的能源苛刻。自古以来,人类就开始利用太
阳能。太阳能作为一种“绿色”能源,是解决能源危机和温室效应的主要途径之一。因此,世界上越来越多的国家已经或开始重视太阳能的开发利用。
虽说太阳能具有很多优点,但是在有效利用上还是有所不足。尽管太阳能的总能量是巨大的,但是平均密度不高。太阳能的利用一般都是靠面积比较大的太阳能光电池板来吸收能量。每一块电池板由许多的太阳能电池组成。太阳能电池造价较高,这就为开发和利用太阳能提高了门槛。另外,太阳能的利用对自然环境比较“敏感”,刮风,下雨,阴天等恶劣的天气情况都影响太阳能的使用。
太阳追踪系统是利用太阳能不可缺少的重要组成部分,而完善太阳追踪装置是充分利用太阳能和环境保护必不可少的重要组成部分。另外,计算机在自动化技术中发挥着极其重要的作用。而单片机在一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器、计数器等,使其具备了一台微型计算机的特征。但单片机的应用领域有别于通用计算机,其主要应用于控制领域。本课题在前人研究的基础上设计出一套以单片机为控制核心的太阳自动追踪控制系统,能够随着太阳光照射方向的变化而使太阳能板始终与太阳光线垂直。具体要求为结构简单、成本低,不但能在晴天时正常追踪太阳,当突然出现阴天时也能自动追踪,这样就提高了追踪的精度。
基于当今世界能源问题和环境保护问题已成为全球的一个“人类面临的最大威胁”的严重问题,本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率,而进行太阳追踪系统的开发研究,这对我们面临的能源问题有重大的意义。同时太阳能又是一种无污染的清洁能源,加强太阳能的开发,对节约能源、保护环境也有重大的意义。
1.2太阳追踪系统的国内外研究现状
太阳能作为一种清洁无污染的能源,发展前景非常广阔,太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在缺点,如能量密度低,不易收集,不稳定,随季节气候和天气昼夜变化而变化等,使太阳能的利用有着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题,由此对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的,无法保证太阳光的垂直照射,不能充分利用太阳能资源,使其发电效率低下。据实验得知,在太阳能光发电中,相同条件下,采用自动追踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高40%,因此在太阳能利用中,有必要进行太阳追踪。
目前,太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多,但是不外乎采用如下两种方式:一种是光电追踪方式;另一种是根据视日运动轨迹追踪。前者是闭环的随机系统,后者是开环的程控系统。
1.2.1光电追踪
目前,国内常用的光电追踪有重力式、电磁式和电动式。这些光电追踪装置利用光敏传感器,如硅光电管进行太阳光的检测。在这些装置中,光电管的安装靠近遮光板。通过调整遮光板的位置使遮光板对准太阳、硅光电池处于阴影区;当太阳西移时遮光板的阴影偏移,光电管受到阳光直射输出一定值的微电流,作为偏差信号,经放大电路放大,由伺服机构调整角度使追踪装置对准太阳完成追踪。光电追踪灵敏度高,结构设计较为简单;但受天气的影响很大,如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况,太阳光线往往不能照射到硅光电管上,导致追踪装置无法对准太阳,甚至会引起执行机构的误动。
1.2.2视日运动轨迹追踪
视日运动轨迹系统根据追踪系统的轴数,可分为单轴和双轴两种。
1单轴追踪
单轴追踪一般采用:?倾斜布置东西追踪;?焦线南北水平布置,东西追踪;?焦线东西水平布置,南北追踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向追踪,工作原理基本相似。图1-2是第3种追踪方式的原理,追踪系统的转轴或焦线东西向布置,根据事先计算的太阳赤纬角的变化,柱形抛物面反射镜绕转轴作俯仰转动追踪太阳。采用这种追踪方式,一天之中只有正午时刻太阳光与柱形抛物面的母线相垂直,此时热流最大;而在早上或下午太阳光线都是斜射。单轴追踪的优点是结构简单,但是由于入射光线不能始终与主光轴平行,收集太阳能的效果并不理想。
图1.1 单轴焦线东西水平布置
2双轴追踪
如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够追踪太阳就可以获得最多的太阳能,全追踪即双轴就是根据这样的要求而设计的。双轴追踪又可以分为两种方式:极轴式全追踪和高度角方位角式全追踪。
?极轴式全追踪
极轴式全追踪原理如图1-3所示:聚光镜的一轴指向天球北极,即与地球自转轴相平行,故称为极轴;另一轴与极轴垂直,称为赤纬轴。工作时反射镜面绕极轴运转,其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以追踪太阳的视日运动;反射镜围绕赤纬轴作俯仰转动是为了适应赤纬角的变化,通常根据季节的变化定期调整。这种追踪方式并不复杂,但在结构上反射镜的重量不通过极轴轴线,极轴支承装置的设计比较困难。
图1.2 极轴式追踪
?高度角-方位角式太阳追踪
高度角和方位角式太阳追踪方法又称为地平坐标系双轴追踪,其原理如图1-4所示。集热器的方位轴垂直于地平面,另一根轴与方位轴垂直,称为俯仰轴。工作时集热器根据太阳的视日运动绕方位轴转动改变方位角,绕俯仰轴作俯仰运动改变集热器的倾斜角,从而使反射镜面的主光轴始终与太阳光线平行。这种追踪系统的特点是追踪精度高,而且集热器装置的重量保持在垂直轴所在的平面内,支承结构的设计比较容易。集热器采光面上直接日射入射角θ由太阳赤纬角δ、太阳时角ω、集热器倾角β、集热器方位角γ和试验地的纬度φ的计算,可按下式求得:
cosθsinδsinφcosβ-sinδcosφsinβcosγ+cosδcosφcosβcosω
+cosδsinφsinβcosγcosω+ cosδsinβsinγsinω 1-1
式1-1中一年内第n天的太阳赤纬角计算为: δ23.5?sin360284+n/3651-2
可以看出,当δ、ω、φ确定以后,集热器倾角β和方位角γ的值决定了直接日射入射角θ,因此只要控制集热器的角度使其具有合适的倾角和方位角,就可以保证太阳光线入射角θ为0,从而最大限度地收集太阳光能。
图1.3 高度角-方位角式全追踪
由上文得知,目前的几种太阳追踪方式各有优缺点,要想进一步提高太阳能利用率,完善太阳追踪系统,需要更深一步地研究和探讨。本文就是在此基础上
作的进一步的研究。
1.3论文系统设计方案
1.3.1机械运动实现方案
本太阳能跟踪控制器设计为两个自由度,即一个水平方向转动自由度和一个竖直方向转动自由度,由两个步进电机来分别驱动,以实现调整太阳能电池板的姿态使其板面接近于与太阳光线垂直的方向,达到最大限度接收太阳能量的目的。
1.3.2控制系统方案
高精度太阳能跟踪器的硬件系统包括三大部分:检测系统电路、控制系统电路和电机系统。检测系统电路是整个控制系统的重要部分,其主要由传感器检测电路和信号处理电路组成。传感器检测电路主要是通过光电池采集板,由光电池传感器检测周围光信号,把相应的光信号转变成电压信号。控制系统主要由单片机主控、时钟电路、电源电路、信号采样等部分组成,完成整个电路的控制和驱动。电机系统主要由步进电机和步进电机驱动器组成。
第二章 跟踪系统的设计构想及框架
2.1 跟踪系统的设计要求
本系统研制的出发点是更加有效的利用太阳能。对太阳能的利用一般都是采用太阳能采集装置把太阳能量转化为其他类型的可用能源而加以利用,在本研究中,确定了使用太阳能电池板把太阳能量转化为电能。对太阳能进行电能转换的时候,由于太阳的位置是随着时间的变化而改变的,如果采用固定式的太阳能接收装置,此装置的位置无法随太阳改变,只能在固定时段有效的吸收太阳能,在其他时段的吸收效率就十分低下,因此,要使太阳能的吸收效率提高,采用太阳
跟踪系统对太阳进行实时跟踪是可行和有效的。在本课题中采用的是双轴跟踪的方法对太阳进行即时跟踪,使太阳能接收装置能够始终正对太阳,从而提高吸收效率。
本系统的整体研发要求是经济、结构简单、性能可靠。根据本系统的整体要求,装置的各组成部分应该选用常用而且性价比与可靠性较高的构件,充分考虑其经济性.在结构设计中,要使系统机构尽量简洁,避免过于复杂和昂贵,要便于安装和维护。在控制部分的设计中,要考虑到系统的全天候性要求,选用耐用和抗干扰性强的执行元件,避免频繁发生系统故障。
2.2 跟踪系统的组成
跟踪系统主要构成一般为:(1)太阳能采集装置;(2)转向机构;(3)控制部分;(4)贮能装置;(5)逆变器。系统组成如图2.1所示。
2.1.1.太阳能采集装置
本光伏发电系统的目的即是对太阳能进行有效的吸收,从而尽可能多的把太阳能量转化为可用电能,提供给耗电负载使用,起到节省能源的目的。在本系统的研发中,太阳能电池是太阳能采集装置的首选部件。
但是太阳能电池本身容易破碎、易被腐蚀,若直接暴露在大气的环境中,光电转化的效率就会由于环境潮湿、灰尘、酸雨等影响而下降,最后以至于破碎失效。不能满足本系统经久耐用的研发要求。因此,太阳能电池需要通过胶封、层压等方式封装成平板式结构才能投入使用,如层压的封装方式,即将太阳能电池片的正面和背面各用一层透明、耐老化、黏结性好的热熔性胶膜封装,并采用
透明度高、耐冲击的低铁钢化玻璃做为盖板,用耐湿抗酸的复合薄膜或者玻璃等其他材料做背板,通过真空层压工艺将电池片、正面盖板和背板薪合为一个整体,从而构成一个使用的太阳能电池发电器件,称为太阳能电池组件。
目前市场上的太阳能电池基本都为封装后的成品,通过封装处理的太阳能电池就可以应对各种气候条件,并且耐冲击,可以适应各种应用条件,达到了长期使用的目的,从而很好的满足了本太阳能光伏发电系统的研发要求。
2.1.2.转向机构
由于本太阳能光伏发电系统要求最大限度的利用太阳能,因此必须要研制一套机构用来跟踪太阳的实时位置。
转向机构机械部件的选取必须满足性能可靠、价格低廉和结构简单的研发要求。选取的是普通的市面常见的装置,这样能使整个转向机构结构紧凑、性价比高。转向结构的构成设想基于简单易安装的要求,主要由底座、驱动电机、联轴器、减速机构、电池板固定框架等构成。
在转向机构的组成中,底座主要由普通的钢材加工而成,便于拆卸和移动。驱动电机选用的是步进电机,此种电机性能可靠,对于角度量转向控制精确。连轴器选用的是普遍使用的弹性联轴器,耐冲击,经久耐用。由于研发要求系统要结构紧凑,电机选取的为小型步进电机,输出扭矩达不到转向要求,因此要选用减速机构来提升输出扭矩,在本光伏系统中,选取的是小型涡轮蜗杆减速机构;并且,太阳的角度控制要求精确,要合理的选取涡轮蜗杆减速机构的传动比,在系统设计中选用的传动比为50:1即可达到要求。电池板固定架用来对太阳能电池板进行固定,要求设计合理,稳定。
2.1.3.控制部分
在本系统中,要根据即时时间进行太阳角度的运算,调整系统精确转向,因此要合理选用控制芯片完成此功能。
由于太阳的位置角度和时间有关,要对时间进行实时监控和有效读取,必须选取计时芯片完成此功能。在本系统中使用的时间芯片是8563,用来进行时间的控制。
在本系统中,考虑选用的控制核心为单片机。单片机将中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器单元集成在一块芯片上,构成一个完整的计算机体系。单片机把各项功能部件都集成在一块芯片上,因此它的结构紧凑、超小型化、价格低廉、易于开发应用。本太阳能光伏发电系统的控制部分选用的AT89C51单片机。
2.1.4.贮能装置
本系统的制造目的是对太阳能进行采集,并加以利用,因此需要将太阳能电池组件产生的电能储存起来,用于其他耗电场合.蓄电池组是本太阳能光伏发电系统的贮能装置,它的作用是将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来,以供应用。
蓄电池在太阳能光伏发电系统中的充电方式为:当太阳能电池板的电势大于蓄电池的电势时,电能充入蓄电池,蓄电池处于充电状态。当太阳能电池方阵不发电或电动势小于蓄电池电势时,由于阻塞二极管的作用,蓄电池不会通过太阳能电池方阵放电。
在本光伏发电系统中考虑使用的蓄电池可以选用铅酸蓄电池和碱性蓄电池。比对两种蓄电池的特点,铅酸蓄电池价格低廉,原材料易得,维护方便,原材料丰富,但体积较大。碱性蓄电池维护容易,寿命较长,结构坚固,不易损坏,但价格
昂贵,制造工艺复杂。从技术和经济方面综合考虑,在本系统中贮能装置应采用铅酸蓄电池为宜。
2.1.5.逆变器
本系统能对太阳能量加以吸收和转化,并将其产生的电能贮存起来,但是因为铅酸蓄电池提供的是直流电,不能直接给交流用电器供电,普通的用电器的电压为220V交流电,因此必须采用逆变器将蓄电池的直流电转化为普通用电器可以使用的交流电。
逆变器是将直流电变换为交流电的电力变换装置,逆变器技术在电力电子技术中已经较为成熟。
作为在本太阳能光伏发电系统中应用的逆变器,要满足以下要求:
1)对输出功率和瞬时峰值的要求;
2)对逆变器输出效率的要求;
3)对逆变器输出波形的要求;
4)对逆变器输入直流电压的要求。
逆变器与正变换正好相反,它使用具有开关特性的全控功率器件,通过一定的控制逻辑,由主控制电路周期性的对功率器件发出开关控制信号,再经变压器耦合升(降)压、整形滤波就可得到交流电。通过逆变器产生的交流电,就可以广泛应用于普通的交流用电器。
2.1.6.控制器
为了最大限度地利用蓄电池的性能和延长使用寿命,必须对它的充电条件加以规定和控制。无论太阳能光伏发电系统是大还是小,是简单还是复杂,充电控制器都必不可少。一个好的充电控制器能够有效地防止蓄电池过充电和深度放
电,并使蓄电池使用达到最佳状态。
蓄电池充电控制通常是由控制电压或分并联调节器、串联调节器,齐纳二级管(硅稳压管),次级方阵开关调节器控制电流来完成的。一般而言,蓄电池充电方法有三种:恒流充电、恒压充电和恒功率充电,每种方法具有不同的电压和电流充电特性。光伏发电系统中,一般采用充电控制器来控制充电过程,并对过充电进行保护,最常用的充电控制器有:完全匹配系统、并联调节器、部,脉冲宽度调制(PWM)开关,脉冲充电电路。针对不同的光伏发电系统可以选用不同的充电控制器,主要考虑的因素是要尽可能的可靠、控制精度高及低成本。所用开关器件,可以是继电器,也可是MOS晶体管。但采用脉冲宽度调制型控制器,往往包含最大功率的跟踪功能,只能用MOS晶体管作为开关器件。此外,控制蓄电池的充电过程往往是通过控制蓄电池的端电压来实现的,因而光伏发电系统中的充电控制器又称为电压调节器。
控制器可分为并联控制器和串联控制器两种,本设计中选择并联控制方式。
第三章 机械部分设计
3.1整体框架的设计
本设计中通过东西向的方位角跟踪和南北向的高度角的跟踪达到使太阳能电池板能够始终正对太阳照射角,从而达到提高太阳能利用率的目的,因此转向部分首先需要满足能够进行东西向和南北向的自由转动。同时,此跟踪系统的设计还必须本着造价低廉、可靠性高、结构简洁的原则进行。机械转向机构在结构上要做到结构紧凑、布局合理,选件不能过大臃肿,在同等条件下,尽量选用小型的构件。
通过对目前多种太阳能采集装置的机械结构的收集和对比,再在几种比较合适的结构的基础上进行一些修改以更加符合本设计的要求,最终得到的结构如图2.1所示。此结构在东西向和南北向都有很大的转动空间,并且结构简单,耗材较少,比较适合小型的太阳能跟踪发电系统。
如图2.1,本机械转向机构基本组成主要有:底座、下层平台、上层平台、驱动电机、减速装置、电池板固定框架等。
图3.1 跟踪系统的机械结构
如图3.2,该示意图是太阳能跟踪控制器的机械结构总体外观图,包括以下部分:1 底座支架 2 水平旋转自由度方向机构 3 竖直旋转自由度方向机构 4 电池板支撑机构 5 传感器装置部分。
图3.2 太阳能跟踪控制器的机械结构总体外观图
注:1 底座支架 2 水平旋转自由度方向机构 3 竖直旋转自由度方向机构 4 电池板支撑机构 5 传感器装置部分
3.2 减速装置的选型
在本光伏发电系统的研制中,要求结构紧凑,因此要选用的电机体积不能太大,由于结构的限制,电机的功率和扭矩也不会很大,不能直接带动机械转向机构做跟踪太阳的运动。因此要选用合适的减速机构来提高扭矩,使转向机构正常运转。为了满足整个系统结构紧凑、体积小的要求,在本机械转向机构中可以选用的减速器有以下三种:涡轮蜗杆减速器、谐波减速器和行星减速器。这三种减速器的性能比较如表。
这三种减速器各自的特点如下:
1蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能,可以有较大的减速
比,输入轴和输出轴不在同一轴线上,也不在同一平面上。但是一般体积较大,传动效率不高。
2谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的,体积不大、精度很高,但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击,刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。
3 行星减速器其优点是结构比较紧凑,回程间隙小、精度较高,使用寿命很长,额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。
本系统由于起停比较频繁,冲击较大,因此不适合选用谐波减速器。行星减速器虽然精度较高,但价格昂贵,也不能满足本太阳能光伏发电系统的设计初衷。因此在本双轴跟踪机构中,选取涡轮蜗杆减速器是较为合适的。
表3.1 减速器性能比较表
类型 涡轮蜗杆减速器 谐波减速器 行星减速器体积 中 小 小刚性 高 中 低寿命 中 短 长效率 低 高 高 输入转速3000以上2000以下2000以下
在本设计中具体选用的涡轮蜗杆减速器为NMRV04O涡轮蜗杆减速箱,此减速机的结构小巧而紧凑、外形美观、体积小,箱体的各个面上都有安装孔位,可以适应各种安装方式。
NMRV040技术参数:
功 率:0.06KW~7.5KW
转 矩:2.6N?m~2379N?m
传动比:5-100
3.3驱动电机的选型
本太阳能自动跟踪光伏发电系统要求能够比较准确的跟踪太阳位置,因此要求驱动电机能够准确的把电信号转化为电机轴上的角位移。本系统选取步进电机作为驱动电机。
步进电机又称为脉冲电动机,是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换成相应的角位移或直线位移,即给一个脉冲电信号,电动机就转动一个角度或前进一步。步进电动机的移量或者线位移量S与脉冲数k成正比;它的转速n,或者线速度v与脉冲频率f成正比。在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化.因而可适用于开环系统中作为执行元件,使控制系统大为简化。步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速;能够快速反转和制动。它不需要变换可直接将数字脉冲信号转换为角位移,很适合采用微型计算机控制。步进电动机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步动机就转动一个角度,因此作常适合于单片机控制。
按励磁方式分类,步进电动机可分为3大类:
(1)反应式步进电动机anv baelelrcutance,简称VR
反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机。它的转子是由软磁材料制成的,转子中没有绕组。它的结构简单,成本低,步距角可以做得很小,.但动态性能较差。
(2)永磁式步进电功机Pemranentmanegt,简称PM
永磁式步进电动机的转子是用永磁材料制成的.转子本身就是一个磁源。它的输出转矩大,动态性能好。转子的极数与定子的极数相同,所以步距角一般较大。需供给正负脉冲信号。
(3) 混合式步进电动机(hybird,简称HB)
混合式步进电动机也称为感应式步进电动机。它综合了反应式和永磁式两者的优点,它的输出转矩大,动态性能好,步距角小。
在本设计中,考虑到驱动电机带动的负载较大,故选用了两相混合式步进电机做为系统驱动源。本设计选用的步进电机为85BYGH350A。
表3.2 步进电机的技术参数
型号 相数 步进角 静力矩N.m 电流(I) 重量(kg)
85BYGH350A 2 1.2? 2.4 2.4 2.0
3.4支撑架设计
底部支撑架设计为梯形立体,四角打孔可以固定。
3.5机械结构的整体布局
1水平旋转自由度方向结构
水平旋转自由度方向主要由1个步进电机、1个步进电机驱动器、1个电机法兰、1个轴承和1个竖直自由度支撑法兰组成,如图2.3所示(步进电机驱动器未在图中显示)。
电机法兰安装在底座支架上,由两个支架支撑,相对于底座固定不动。水平旋转自由度电机安装在该法兰上,电机输出轴穿过法兰中间的孔与上面的竖直自由度支撑法兰通过紧定螺钉固连。另外,竖直自由度支撑法兰通过轴承安装到电机法兰上,由安装在电机法兰下面的电机直接驱动。
图3.3 水平旋转自由度方向结构爆炸图
注:1 步进电机 2 电机法兰 3 轴承 4 竖直自由度支撑法兰
(2)竖直旋转自由度方向结构
竖直旋转自由度方向主要由1个步进电机、1个步进电机驱动器、1组蜗轮蜗杆、1个蜗轮轴、1个蜗杆支承座、1个电机支承座、2个蜗轮支承座以及3个轴承等组成。
竖直旋转机构通过竖直自由度支撑法兰安装在水平旋转机构上,并由水平旋转机构驱动,可实现水平面内的360?旋转。
竖直机构通过1组蜗轮蜗杆实现电池板在竖直平面内的倾角调整。蜗杆一端与电机输出轴通过紧定螺钉固连,另一端通过轴承与支座相连,支座固定安装在竖直自由度支撑法兰上。蜗轮通过键安装在蜗轮轴上,蜗轮轴两端通过轴承连接到蜗杆支承座上,蜗轮支承座同样固定安装在树枝自由度支撑法兰上。电机则安装在电机支承座上。
另外,在蜗轮轴上,蜗轮两侧安装有电池板的两个支撑架,这两个支撑架与蜗轮相对静止,通过两侧的紧固螺母固定在蜗轮两侧。
图3.4 竖直旋转自由度方向结构
注:1、蜗杆支承座 2、轴承a 3、蜗轮 4、紧固螺母a 5、蜗轮轴 6、轴承b 7、蜗轮轴支承座a 8、太阳能电池板支撑架a 9、太阳能电池板支撑架b 10、竖直自由度驱动电机 11、紧固螺母b 12、轴承c 13、蜗杆 14、电机支承座 15、蜗轮支承座b
第四章 控制部分的设计
4.1 整体电路图的设计
本跟踪系统设计的电路图如图3.1所示,计时芯片的时间数据由P1.0、P1.1两口读入单片机,经过处理后单片机通过P0.1~P0.4以及P2.0~P2.4分别向
控制东西方向以及南北方向的步进电机驱动芯片传输控制信号来控制太阳能电池板始终正对太阳。
图4.1 整体电路图
4.2辅助电路最小理论值
4.2.1振荡电路
在XTAL1和XTAL2引脚上接上石英晶体和电容构成振荡器,C1,C2起稳定振荡频率、快速起振的作用,典型值为47pF。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定,实用电路中应用较多。连接如图4.3所示:
图4.2 系统复位电路 图4.3 振荡电路
4.2.2复位电路
复位是单片机的初始化操作。单片机在启动运行时,都需要先复位,以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。因而,复位是一个很重要的操作方式。但是单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部电路才能实现。MCS-51的RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效,持续时间要有两个机器周期以上。
1复位信号的产生
整个复位电路包括芯片内外两部分,外部电路产生的复位信号通过复位引脚RST进入片内的斯密特触发器(抑制噪声作用)再与片内复位电路相连。80C51内部复位电路原理图如图3-22所示。复位电路每个机器周期对斯密特触发器的输出采样一次,当RST引脚端保持两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时,80C51进入复位状态。
2复位状态
复位时,ALE和PSEN成输入状态,即ALEPSEN1,片内RAM不受复位影响。复位后,P0~P3口输出高电平且使这些双向口都处于输入状态,并且将07H写入堆栈指针SP,同时将PC和其余专用寄存器清为“0”。此时,单片机从起始地址0000H开始重新执行程序。
3外部复位电路的设计
图4.4 复位电路原理图
单片机的外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平设计的。通常有两种形式:上电自动复位和按键手动复位。本系统采用的是上电复位电路,也就是在通电瞬间在RC电路充电过程中,RST端出现正脉冲,从而使单片机复位[56]。本系统的复位电路就是采用了如图3-23所示的方式,其中电容C的值为22μF,电阻值为1k?,连接之后,经过多次试验,电路很稳定,能够保证每次上电都能准确地复位。
4 检测电路
图4.5 检测电路原理图
5 PO按键电路
本系统中需要调整时间,因此设置了3个按键K1、K2、K3,将按键的一端连在一起与GND相接,另一端分别与单片机引脚P2.4、P2.5、P2.6相接。如果无键按下,则P2.4、P2.5、P2.6口为高电平;如果有键按下,则P2.4、P2.5、P2.6口为低电平。为提高按键工作稳定性,给P2.4、P2.5、P2.6口分别加上一个4.7K的上拉电阻。按键输入电路如图3-25所示:其中K1是功能键用于选择调整系统的月、日、时、分,K2是加键,K3是减键,K2和K3分别用于对月、日、时、分进
行加1或减1。在调整时,按一下加键则加1,长按加键则系统自动连续加1,直到松开为止,减键也是一样。
图4.6 按键电路原理图
4.3电机驱动电路
步进电机不能直接接到交直流电源上工作,而必须使用专用设备?步进电机驱动器。步进电机驱动系统的性能,除与电机自身的性能有关外,也在很大程度上取决于驱动器的优劣。因此,对步进电机驱动器的研究几乎是与对步进电机的研究同步进行的。常见的驱动方式有:单电压驱动;高低电压驱动;斩波型驱动;调频调压型驱动;H桥双极性驱动;细分驱动等。
本文选用的是ULN2803步进电机驱动芯片驱动,ULN2803用来功率放大的驱动芯片也就是单片机输出的电流信号特别小无法直接驱动大的负载,所以可以用ULN2803来实现单片机与负载的连接,应用电路图如图:
图4.7电机驱动电路
图4.8 ULN2803 内部电路图(1/8单元)
4.4太阳能控制电路
如图所示,双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器,参考电压为VDD+12V的1/2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路,该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如下图所示,将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧,RT4和RT2安
装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时,RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射,RT1的内阻减小,LM358的3脚电位升高,1脚输出高电平,三极管VT1饱和导通,继电器K1导通,其转换触点3与触点1闭合,同时RT3内阻减小,LM358的5脚电位下降,K2不动作,其转换触点3与静触点2闭合,电机M正转;同理,如果只有RT2、RT4受太阳光照射,继电器K2导通,K1断开,电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧面的光照度相同时,继电器K1、K2都导通,电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中,垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化,电机M转-停、转-停,使太阳能接收装置始终面朝太阳。
4只光敏电阻这样交叉安排的优点是:LM358的3脚电位升高时,5脚电位则降低,LM358的5脚电位升高时,3脚电位则降低,可使电机的正反转工作既干脆又可靠。可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板,避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。使用该装置,不必担心第二天早晨它能否自动返回。早晨太阳升起时,垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等,这样,上述控制电路就会控制电机,从而驱动接收装置向东旋转,直至太阳能接收装置对准太阳为止。
图4.9太阳能控制电路
4.5液晶显示电路
引脚号 引脚名称 方向 功能说明
1 VSS - 模块的电源地
2 VDD - 模块的电源正端
3 V0 - LCD驱动电压输入端
4 RSCS H/L 并行的指令/数据选择信号;串行的片选信号
5 R/WSID H/L 并行的读/写选择信号;串行的数据口 6 ECLK H/L 并行的使能信号;串行的同步时钟 7 DB0 H/L 数据0
8 DB1 H/L 数据1
9 DB2 H/L 数据2
10 DB3 H/L 数据3
11 DB4 H/L 数据4
12 DB5 H/L 数据5
13 DB6 H/L 数据6
14 DB7 H/L 数据7
15 PSB H/L 并/串行接口选择:H-并行;L-串行 16 NC空脚
17 /RET H/L 复位 低电平有效
18 NC空脚
19 LED_A (LED+5V) 背光源正极加int? 20 LED_K (LED-OV) 背光源负极
4.10 液晶显示电路图
4.11 液晶显示接线图
第五章 软件设计
5.1系统软件流程图
单片机应用系统的开发是指用单片机组成应用系统从任务提出到设计定型、制造调试、直到使用的整个过程。在单片机控制系统的开发和设计中,首先要明确设计要求,即确定系统的功能指标,然后制定系统方案,最后是方案的实施。
单片机控制的主要内容包含总体设计、硬件开发、软件开发及样机联调等。硬件开发时要先设计、绘制原理图,根据系统的各项技术指标独立进行软件设计;还要根据所设计的原理电路,综合考虑系统的性能和计算要求,合理布置元器件。再进行印刷电路板的设计、加工,最后将元器件仔细核对后焊接在线路板上。然后用万用表、逻辑测试笔、示波器等仪器对硬件线路进行检查排错,必要时借助仿真器进行硬件调试。在完成了硬件和软件的分别调试后就可进行联机调试,进一步排除软、硬件的错误和不足,发现设计中的错误之处及时修正,直至所设计的系统达到预期的要求。图示单片机系统的研制开发流程,本次设计就按照此流程来进行设计开发。
图5.1 单片机系统的开发流程图
5.2电机驱动软件流程图
图5.2电机驱动软件流程图
5.3液晶显示软件流程图
图5.3液晶显示软件流程图
第六章 总结
本文主要是对高精度太阳能跟踪控制系统的设计与研究。设计了太阳能跟踪控制系统的机械结构,其具有两个自由度:水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度。在研究国内外常见的视日运动轨迹控制方式和光电传感器跟踪控制
方式的基础上,针对国内外现有的太阳能跟踪控制的缺点,以单片机为主控制芯片,提出了软件粗控制和传感器精确控制相结合的控制策略,利用这种跟踪控制策略,在保证跟踪控制精度的基础上,可以极大的提高系统的可靠性和抗干扰性。
1设计太阳能跟踪控制器机械结构,该结构具有两个自由度,即水平方向转动自由度和竖直方向转动自由度。该机械结构的运动由两个步进电机来驱动,完成对太阳高度角和方向角的跟踪。
2设计太阳能跟踪控制系统控制系统。
本文针对现有在现有的太阳能跟踪控制系统的基础上,提出了新的控制策略,虽然获得了一定的进展,但是机械机构、硬件控制系统、软件控制系统等方面有这种一定的不足,还存在进一步提高和优化的空间,来实现高精度的太阳能跟踪控制。
本文设计的基于单片机的高精度太阳能跟踪控制器只是一个小系统,现实中的很多因素都没有考虑进去。机械结构设计并未考虑自然因素的影响和作用,比如风力、雷雨、沙尘等。因此并未做抗风力、防雨水以及防沙尘等设计考虑。同样相应的硬件系统和软件系统也没有考虑到各种突发事件,要使跟踪控制器成为真正的产品还有很多问题要解决。通过对本课题的研究和学习,深感研究高精度太阳能跟踪控制系统的紧迫性和重要性,这对人们面临的日益严峻的能源危机有很重要的作用和意义。虽然本人对此做了一点研究,但很希望有更多的人参与类似新能源利用的项目,设计出满足各种环境,满足不同要求的太阳能跟踪控制系统,来实现太阳能利用的大面积推广。
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致谢
作者在设计(论文)期间是在***老师的全面指导下进行的,在设计期间*老师对我们进行一步步的教育引导,耐心的指导我们完成了设计。在设计期间,*老师教给我们的不仅仅是一个设计中的内容,更通过设计中的一些事情、一些问题教会了我们许多在做事情时候需要抱有的态度以及在解决问题的时候的解决
方法,这些东西都将使我们受益终生。在此,谨向*老师致以深深的敬意和衷心的感谢。
同时也要感谢一同跟随
范文五:选楼选房前精确计算太阳光照射的高度与角度方法(有详细计算方法图示)
建筑设计、选楼选房遇到的阳光规律问题:
一、大多购房者不知道一年四季太阳光在当地的照射行走角度规律。
购房时人们大多不知道每个楼层一年阳光照射的精确规律,有对阳光照射较细心的人,也往往只是凭个人感觉。但更多人买了房后,住了一年后,才知道冬天某时开始太阳光照射被前面的房子档住了,或被太阳光照射的时间很短,有的买了低层的住户根本照不到阳光,这种房子买了是很难再卖出手的。
二、上了房地产商的当。现在有许多楼盘开发商,为节省土地,提高容积率,设计时采取对客户欺骗的手法,号称为体现楼盘的立体感,楼房整体是不规范的、弯弯的一排,不是一个平面朝南,有的是凹型楼,有的是凸型楼,太阳光不是上午被档住,就是下午被档住;但人们在选房时却不留意这个问题,只有等到入住后,才如梦初醒,但为时以晚。为什么你不在选房时事先考虑这事?
三、建筑设计者无知。有的建筑设计师根本不懂当地太阳光照射运行规律,只是将他在别地的德意之作照搬照抄,在设计时有意画蛇添足,将整个楼有的房子缩进很多,有的房子伸出很多;有的将阳台上方的档雨设计突出很多,但阳光被大面积遮档。有的在南面突出一块建筑物,结果不是上午左侧、就是下午右侧的住户太阳光被建筑物遮档。等住进后才发现失误。
四、现在有的楼盘相互间距很小,后排的房子,低层的房子,不知道一年阳光如何照射规律。有的人买了高层的8楼以上,总以为是不会被前面的高楼档住太阳光了,但真住进后,在一整个冬季都被被前面的高楼档住了太阳光。房子就只能选择夏天卖,不然冬天买家一看没有太阳,就不会买。
五、房地产商都不愿向业主说明自己楼盘阳光采光不足或阳光照射缺陷,更不肯讲精确的阳光照射走向。不然有阳光照射问题的房子还卖得出?只有让不明白的人盲目上当购房。
六、在不同纬度地点上建房,太阳的行走规律是不一样的。如何在不同的纬度地点选价格适中、阳光又好的房,这是一门学问,涉及太阳与地球一年的运行轨道、房产所处的经纬度、所选房产的楼层高度、前面楼层的高度、位置角度、与本楼的距离等。有一个简单快速的计算方法,帮助人们迅速确定自己所选房子一年四季的阳光照射情况,何月、何日、何时自己南面的房子会被遮档,所选房子价值才会有保障。有一次一个朋友找我诉苦,他讲他买二手房时,他只有下午2点后去看房才有时间,但每次约房东看房,房东总是推来推去,一定要让他上午11时看房。最后他只是在11时看了房,看见阳光照在室内。等付钱过户后住进去才发现到下午1点太阳就被前面的楼档住了。上了大当啊!
七、选楼、选房首先要关注太阳光照射,这是选择硬件。一旦选定今后是永远不可能改变的,因为它不象装修,不满意还可以重来一次。
大家要知道阳光对健康的利弊和解决的方法
在天寒地冻、北风凛冽的冬天,当金灿灿的太阳光洒满大地时,人们都喜欢躲在避风向阳之处,晒晒冬日珍贵的阳光,接受大自然恩赐的“日光浴”。
“万物生长靠太阳”。太阳光能给人以温暖,可有效地增强人体免疫功能,刺激人体皮肤和内脏器官的血液循环,提高机体的造血功能,促进内分泌激素的分泌,促使机体新陈代谢。因此,在一定意义上说,冬阳是天然的“强壮剂”,是难得的天然“营养品”。太阳辐射的多种光线,包括可见光、红外线、紫外线和射线。太阳照射人体时,可见光有改善人的感觉、提高情绪、驱散忧郁和兴奋机体等功能,对预防“冬季抑郁症”大有益处。红外线有强烈的热效应,可使机体深层组织温度升高,血管扩张,血流加快,从而促进新陈代谢,提高杀死体内细菌和多种病原体的能力。医疗单位所用的紫外线杀菌消毒,正是鉴于这个原理。紫外线还能使皮肤里的去氢胆固醇合成为维生素D3,促使骨基质钙化和骨骼发育,帮助钙、磷吸收,这对预防小儿佝偻病(软骨病)有着决定性的意义。
现代科学证实,在一定程度上,日照时间的长短与人体身材的高矮成正比,其原因除紫外线合成维生素D3以促进骨骼发育外,还有紫外线能促进机体免疫反应,增强机体的抗病能力,并加强甲状腺素的分泌功能,从而促进人体发育和长高。所以,寒冬季节常到室外活动,多晒太阳,尤其对处于生长发育旺期的少年儿童,是十分有利的。
但任何事物都是对立统一的,冬阳对人体健康也是有利有弊。气象学证实,大气高层的臭氧层,
由于近几十年人类活动导致大自然生态环境的破坏而出现巨大的“漏洞”,使大量紫外线长驱直入,直射地球表面,给人类健康带来潜在威胁。而臭氧层的浓度和分子结构等,随纬度、季节和全球气候因素的变化而变化,而在冬季地球的臭氧层最薄,所以,冬天的太阳对人体除了有益的一面外,毫无疑问地也存在不利之处。据专家观察,目前,太阳活动正处于鼎盛时期。因此,必须提醒人们注意——
1.天文医学认为,人类的许多疾病都与阳光辐射有关。紫外线过度的侵袭,可使人反应迟钝、记忆力下降、易激动、烦恼、失眠等,甚至诱发人的心脑血管病、白内障、胆石症和静脉曲张,特别需要警惕的是诱发皮肤癌、白血病、乳腺癌和肺癌等。 2.紫外线可使皮肤中黑色素增多,出现褐斑,使皮肤粗糙。日晒可使皮下胶原纤维断裂,失去弹性,使皮肤提前出现皱纹。
3、现在世界上已有能排除大部分紫外线的安全阳光设备-太阳光导入器,有条件的家庭、经济条件好的单位可以考虑在出访美国时买回使用,以提高自身的健康,更好地度过美好人生。 一时还不会将几张太阳光角度计算的图表制作配套传上来,待送上太阳光在当地精确计算角度的方法,以避免人们在建楼、选房时错误选房,造成终身遗憾。
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