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图1.1.1 1980年以来全球能源生产按来源分类的增长趋势图[3]
1.2 课题研究的目的及意义
完备的太阳能追踪系统对于野战电源车太阳能板充分利用太阳能是十分有必要的。本次研究是借鉴前人研究的基础上设计出以可编程逻辑控制器PLC控制核心的太阳能追踪控制系统，它能够跟随太阳光照方向改变而改变，使太阳能板始终能够接受最大光照，以此来充分利用太阳能资源[4]。所以设计开发追踪太阳板可编程逻辑控制系统是非常有意义的研究方向。尽管PLC太阳能跟踪控制系统比固定太阳能板系统成本要高出许多,而且也更为复杂,但是它可以大幅度提高太阳能利用率从而在另一层面上降低了成本。
跟据国外研究表明：太阳能跟踪控制系统比固定太阳能系统对太阳能的利用率能增加25%到76%。下图是两位教授的实验结果：
图1.2固定接收太阳光和追踪太阳光所吸收能量的比较图
上图可以看出固定接收太阳光和追踪太阳光在一天中所吸收能量的差异。在此次实验中，太阳能吸收率相差37.1%。对于PLC控制系统不仅能够在晴天追踪太阳，即使在阴天也能够追踪太阳。可见太阳能板追踪系统的必要性。
1.3 太阳能的利用状况
目前国内外对于太阳能新型能源的应用已经深入到各个领域，主要有：太阳能热发电、太阳能热利用、太阳能光发电[5]。太阳能技术是最具有发展潜力的可再生能源技术，指明了世界能源的发展方向。在理想情况下，太阳能从日出到日落一直正对太阳能板,从而从最大程度上接受太阳能。最大效率地利用太阳能，就是要减少入射角。所谓入射角是进入的太阳光与太阳能板表面的垂线之间的夹角[6]。最理想的情况,入射角应为0°时，接收到太阳能光照最大。本文采用自动跟踪驱动控制系统,使太阳能板与光照方向保持垂直。为了尽可能多收集太阳能,最大效率利用太阳能辐射能源,使太阳能板实时跟踪太阳光照显得尤为必要;目前在跟踪装置方面提出了很多的研究方法和设计方案,设计了先进的自动跟踪系统,并有进行了很多跟踪分析。主要的跟踪系统有太阳能时控跟踪系统、太阳运动轨迹跟踪系统、控放式太阳能跟踪装置、光电式太阳能跟踪系统、视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合、用于天女观测和气象台的太阳能跟踪装置和新型太阳自动跟踪装置这七种[7]。近年来,国内在这方面也做了不少研究,例如太阳能的单轴跟踪器,完成自动追踪太阳位置的太阳灶自动跟踪系统，PV发电太阳能跟踪装置。其中PV发电太阳能跟踪装置大部分采用的光电检测跟踪和太阳角度跟踪,分别运用了太阳光电检测传感器和时钟程序控制器。对于是采用自动跟踪太阳光控制方式还是固定太阳能板方式,主要取决于应用的地理位置与环境，一般来说,自动跟踪太阳光控制方式适用范围更加的广泛,无论身处怎样的地理环境,自动跟踪系统都能取得很好的工作效益。而固定式太阳能板跟踪驱动控制系统，其不可调性，长期使用的情况下容易产生误差。
1.4 机械传动结构的设计
本次设计的主要内容是关于装配式野战电源车太阳能板驱动与控制系统的设计，因此太阳能板机械设计部分先做一个简单的介绍，每块太阳能板长2m，宽1m，厚50mm，带铝边框，重量8kg，共16块。在车厢除底板外的5个厢壁面上安装有16块太阳能板，每块太阳能板有自己的安装执行机构和展开执行机构，可以使五个壁面上的太阳能板收展自如，以朝向有利的太阳照射方向，且互不遮挡，收拢后能可靠固定在车厢框架上构成严密的车厢厢体。每边收展机构侵入厢体内腔深度不大于0.3m。本次设计可以采用蜗杆传动机构，常用于传递两交错轴之间的运动与动力[8]。一般情况下，两轴的轴线互相垂直交错，交错角为90°，此时蜗轮蜗杆的旋向相同。蜗轮蜗杆传动中，蜗杆齿数比较少，分度圆直径比较小，通常作为传动的主动件，蜗轮齿数多，分度圆直径较大，一般不用作主动件。蜗轮蜗杆传动有以下特点：