太阳能光伏发电光源跟踪控制系统——硬件部分_毕业设计(论文)(编辑修改稿)

太阳能光伏发电光源跟踪控制系统——硬件部分_毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

.......................................... 28 RS485芯片的选着及其电路设计 .................................................................................................. 29 4 结论 ................................................................................................................................................................... 31 致谢 .......................................................................................................................................................................... 32 参考文献 ................................................................................................................................................................. 33 附件 .......................................................................................................................................................................... 37 1 绪论 1 1 绪论 课题背景 发 展太阳能的背景 能源是人类生存发展必须具有的基本资源。 从古至今人类获得能源的途径，可分为地上能源、地下能源与天上能源等三个层面或者说成是三个阶段。 地上能源主要是植物能源 (柴、草 )，还有水能、风能等，在人类农业经济社会阶段主要是植物能时代，或称地上能时代。 到了现代工业经济社会阶段，主要是煤石能源(煤炭、石油、还有天然气、地热能等 )，可称为煤石能时代，或地下能时代。 随着世界经济的发展进入 21 世纪以来，各国对能源的消耗以日俱增。 能源短缺已成为人类社会面临的一个非常重大的挑战，作为世界主要能源的石油，其价格居高不下 ，前期每桶原油最高单价已突破 100 美元。 虽然人类的科学技术正在高速发展，但面对石油这些不可再生性的资源，必须在其耗尽之前寻找到替代能源，否则未来世界将会因此不断爆发能源危机。 资料表明，按照现在已经探明的储量及开采速度，到 21世纪 80 年代，石油、天然气资源将枯竭。 到 22 世纪 20 年代，煤资源也将被耗尽。 即使是以铀为燃料的核电抛开价格、政治、发生危险泄露的因素不谈，也存在资源短缺的间题，已探明储量的铀矿资源也将在 2030 年前开采完 [1]。 从我国的能源利用状况来看，自上世纪 70 年代初开始，我国已经经历了三次大的能 源危机： 19701984 年间持续的能源供应紧张局面使全国约 25%的企业开工不足； 1988 年再次出现类似情况，农业用电缺口超过 60%，推动煤炭价格在当年涨幅达到 87%，成为 1989 年以后小煤窑遍地开花的驱动力； 20xx 年以来伴随着国际能源危机的逐步加深，我国能源供应紧张，主要常规能源的价格涨幅已达 103%，大量进口石油引起国际社会的严重关切，能源已成为国家安全的重要影响因素。 资料表明，作为世界上最大的发展中国家，我国目前能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第 3位；基本能源消费占世界总消费量的 %，仅次于美国，居世界第 2 位，可见我国已经成为一个能源生产和消费大国。 20xx 年一次能源消费量为 亿吨油当量，到本世纪中叶我国全面达到小康水平时，一次能源的消费量将达到 30 多亿吨油当量。 然而 20xx 年，世界人均一次能源消费量为 吨油当量，日本、美国分别为 吨和 吨油当量，而中国仅为 吨油当量，约为世界平均水平的 3/日本的 1/美国的 1/7。 预计到20xx 年，我国石油供需缺口 1 亿吨，天然气缺口 400 亿立方米。 而且，随着中国的工业化和城市化进程，在基础设施建设和民用建筑阶段，能源需求 量特别大，西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 目前能源消费总量已经接近欧盟 15 国的总量。 值得注意的是，过去二十多年来，我国汽车保有量以年均 2%的速度迅速增加，亚太能源研究中心的预测， 2020 年我国交通部门的用能比例将增长到 16%。 与此同时，能源资源相对短缺又制约了我国能源产业的发展，能源技术相对落后影响了能源供给能力的提高。 目前，国内的能源生产已经远远不能满足高速经济增长，能源进口量持续增加，能源对外依存度在 7%左右，其中石油对外依存度在 43%左右。 有专家预测，到 2020 年前后，中国有可能成为世界第一大油品进口国 [13]。 就我国实际情况 来看，我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年 17000 亿吨标准煤。 我国大多数地区年平均日辐射量在每平方米 4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米 7 千瓦时。 年日照时数大于 20xx 小时。 与同纬度的其它国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。 近 20 年来，中国光伏产业长期维持在全球市场 1%左右的份额。 20xx、 20xx 年中国太阳电池组件的生产量有了大幅度增长， 20xx年达 ，约占世界份额的 %，20xx 年达 万千瓦，约占 3%。 为解决我国的能源短缺问题，太阳能发电将在中国未来 的电力供应中扮演重要的角色。 国务院参事、中国可再生能源协会理事长石定寰在上海召开的 “ 第二届中欧国际太阳能光伏产业发展论坛 ” 上预计，20xx年中国太阳能光伏发电装机容量达 1GW， 20xx年预计达 5GW， 2O2O年达 20GW。 而 20xx 年，全国太阳能发电装机容量仅为 ，这就意味着在未来的几年内，中国太阳能装机容量的复合增长率将会高达 38%以上。 根据电力科学院的预测，到 2050 年中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的 25%，其中光伏发电占到 5%。 国内太阳能电池产业主要应用在通信和工业领域 (约占 36%)、农村和边远地区领域 (约占 51%)、光伏并网发电系统 (约占 4%)以及太阳能商品及其它 (约占9%)[46]。 由此可见，面对日益严重的能源危机，根本出路在于尽快从采用煤石能转而采用太阳能，即从地下能时代转向天上能时代，或称太阳能时代。 太阳能比起煤石能具有众多优点，具有不断再生性，能源分布范围广泛，安全，无污染，可谓取之不尽，用之不竭，能够全面保护自然平衡与气候温度平衡，便于开发与使用等。 太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦，假如把地球表面 %的太阳能转为电能，转变率 5%，每年发电量可达 1012 千瓦小时，相当于目前世界上能耗的 40 倍。 因此，太阳能等可再生能源产业的技术进步及世界各国政府支持已使可再生能源行业爆发式发展。 根据欧洲、日本等能源机构预测， 2020年，光伏发电将占到全球发电量的 1％， 2040 年将占到全球发电量的 21％， 2050年左右，太阳能将成为全球主力替代能源 [78]。 国内外太阳能利用现状 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 3 从国际上看，世界各国从能源供应安全和清洁利用的角度出发，把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。 自 20 世纪 80 年代以来，光伏产业可以说是世界上增长最快的高新技术产业之一。 欧盟、日 本和美国把 2030 年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。 美国颁布一系列优惠政策， 20xx 年能源政策法规定，光伏系统投入费用可免税 30%。 据 SEIA 的统计， 20xx年美国太阳能光伏市场增长达 72%。 美国新的太阳能启动计划对太阳能项目研究的资助 20xx 年达到 6500 万美元， 20xx 年将达到 亿美元，而对美国国家可再生能源实验室（ NREL）的太阳能研发资助达 4500 万美元，其研究目标是到 20xx年使光伏能量可与其它电源相竞争。 日本政府于 20xx 年年末宣布，要大力普及家庭太阳能发电，计划到 2030年使家庭采用太阳能发电的由现在的约 40万户扩大到 1400 万户，相当于日本全国家庭总数的约 30％，该项目标已列入日本的“能源革新技术计划”。 日本政府决定将在 20xx 年成立由国内外专家组成的国际研究机构，专门从事低成本新型太阳能板的研制开发，并在年度预算中列入相关经费20 亿日元。 据国际能源机构的统计， 20xx 年包括企业在内，日本的太阳能发电容量为 171 万千瓦。 目前日本住宅用太阳能发电设备的价格在 200 万日元左右，包括发电成本在内，太阳能发电的低价格化是普及太阳能发电的一大课题。 因此，日本政府提出将开发使能源 效率比现在提高 12倍的新型太阳能板，使发电成本大体上与火力发电相当，到 2030年其成本由现在的每千瓦 46日元降低到 7日元。 日本政府的目标是，在 2030 年之前要将住宅用太阳能电力容量 (现在为 130 万千瓦 )扩大到 30 倍。 德国是一个能源紧缺的国家，能源供应在很大程度上依赖进口。 为摆脱对进口和传统能源的依赖，德国近年把能源政策重点放在节约传统能源和发展新型能源两个方面，以期实现能源生产和消费的可持续发展。 德国对可再生能源的利用通过立法、政府大量补贴等措施，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。 德国 20xx年太阳能投资为 37 亿欧元，与风电和生物能一样同属发展最快的新能源之一。 根据太阳能协会 BSW 的数据，德国在 20xx 年前 3年中，太阳能相关产品的产量增加了 5 倍，增速比其它国家平均水平高一倍。 全球最大的太阳能发电厂于 20xx 年 9 月在德国南部巴伐利亚州投入使用，其发电总容量达 12 兆瓦，能够为 3500 多个家庭供电。 该发电厂拥有 1400 多个可移动太阳能吸热发电板，这些发电板能够随着太阳的移动而自动旋转，从而最大限度吸收太阳热能。 这项技术使这家发电厂的发电能力比普通太阳能发电厂高出35％。 虽然目前太阳能占德国的能源供给 不到 1％，但到 2020 年将超过 5%。 此外，在节能建筑应用太阳能方面，欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。 比如美国的“光伏建筑计划”、西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 4 欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程”等。 近几年来发达国家的“零能房屋”已有相当发展水平，许多国家的政府（如美国、德国）还制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过 20％的计划，如德国实施的 绿电计划 — 10 万家屋顶光伏发 电计划自 1999 年开始实施， 20xx 年该计划顺利完成。 目前，光伏发电已向德国普通家庭推广。 日本自1992 年启动了“新阳光计划”，同时颁布了新的净电计量法，要求电力部门以商品价格购买多余的光伏电量，并实行补贴政策。 日本居民光伏屋顶系统最近 5 年平均年增长率为 %[912]。 我国光伏产业发展从 20 世纪 50年代开始研究，到 70 年代开展空间应用和地面应用，光伏产业初步形成实际上是从 20 世纪 50 年代中后期开始，并在 90年代以后才得到迅速发展。 目前，随着《中华人民共和国可再生能源法》的颁布和实施、京都议定书的签 定以及各项环保政策的出台和对国际的承诺，为太阳能利用产业的发展提供了政策的保障，给太阳能利用产业带来机遇。 再加上西部的大开发，原油价格的上涨，中国能源战略的调整，以及政府加大对可再生能源发展的支持的力度，所有的这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。 目前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。 随着无锡尚德太阳能电力有限公司成功登陆纳斯达克，国内掀起一股进军光伏产业的热潮。 目前，我国的太阳能光伏产业基地的省份主要集中于环渤海区域，长三 角区域的江苏，华中华南地区的湖北以及广东，多晶硅的生产基地则多分布于中西部地区，其中江苏的光伏产业位居全国前列，以无锡尚德太阳能电力有限公司为代表的企业已具备较好的产业基础。 据中国太阳能学会秘书长孟宪淦介绍，我国是太阳能资源丰富的国家之一，我国有荒漠面积 108 万平方公里，大多分布在光照资源丰富的西部高原地区，一平方公里面积可安装 100 兆瓦光伏阵列，每年能发电 亿度。 只要开发利用1%的荒漠，就可以发出相当于我国 20xx 年全年的耗电量。 看来，在我国加快采用太阳能是有很好的基础的。 据发展改革委能源局介绍，截至 20xx 年年底，我国太阳能热水器年生产能力达到 1500 万平方米，在用太阳能热水器总集热面积达１亿平方米，生产量和使用量均居世界第一。 全国有 1000 多家太阳能热水器生产企业，年总产值近 120 亿元，已形成较完整的产业体系，从业人数达 20 多万人。 到 2020 年，太阳能光伏发电将达到 180 万千瓦，太阳能热水器总面积将达到３亿平方米，太阳能利用年替代能源 6000 万吨标准煤 [1314。