太阳能跟踪系统机械部分设计+CAD图纸(4)

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1.2 课题研究的目的及意义

一直以来石油、天然气和煤炭等矿物燃料作为人类使用的主要能源，而矿物资源不仅是不可再生，而且其储量也是相对有限的[7]。并且矿物燃料在使用的同时会产生大量的二氧化碳，长期大量使用矿物燃料必然造成温室效应，影响生态环境的。根据国际相关能源组织部门的预测，人类的贪婪需求正使有限的矿物资源急剧枯竭。面对这种能源供不应求的严重问题，世界各国正在积极寻求可替代能源，从而缓解能源枯竭威胁，其中尤以研究核能、风能、太阳能为重点。

能源危机与环境保护日益成为人们关注的热点问题[8]。据联合国的环境规划署资料，当前矿物燃料提供全球商业能源的95%，并且其使用量在以每十年20%的速度增长。这些矿物燃料的使用与排放持续的使环境恶化，为了能够使社会可持续的发展，决不能仅仅依靠使用矿物资源来维持加速发展的社会需求。为此越来越多的国家正在积极寻求可替代能源的利用与研究。这其中对太阳能的开发独具优良的前景。像日本的相关部门与企业研究认为，到2030年全球电力的生产一半将依靠于太阳能。

随着社会的发展，能源危机与环境保护成为人类可持续发展的基本问题。本课题研究的目的是更有效的实现对太阳的自动跟踪，从而能够提高太阳能的利用效率。这样对于开发利用洁净的太阳能具有重要意义，利用太阳能的同时也保护了环境，缓解了矿物资源枯竭的威胁，同时这对开发使用新能源方面具有深远意义。

尽管人类已经研究出不少有关利用太阳能的装置与设备，常见的有太阳能电池、热水器、光敏电阻等。虽然这些装置也已经实现了有效地利用，但是其利用效率很低，绝大多数设备利用效率仅有20％左右[9]。就利用效率不高这一难题，怎样大幅度提高装置的利用率，已然成为众多国内外学者研究的重点。现有的解决方法主要有两种：一是改变太阳能接收器的材料来提高其转换效率；二是改变装置对太阳光线接收的实时效率。这两种方法前者是改变材料来提高转换效率，这还有待化学方面的突破，而后者的利用是对现有技术的改进是可以解决。

太阳能自动跟踪系统的设计则可以很好的解决接受效率不高这一问题。太阳自动跟踪装置的原理是实时的确保太阳光线始终与太阳能接收器所在平面相垂直，从而能接收到更多的太阳光，这样就能在接收器有限的面积内最大化地提高其接受效率，进一步提高了整个系统的工作效率。经有关方面的一位香港大学教授研究，太阳能的接受率与太阳光线照射的角度有一定的关系，垂直光线与非垂直光线的接受效率相差37.7％，实时有效的跟踪将大大提高装置的工作效率。根据这一原理，太阳能自动跟踪系统将有效地提高了利用率，这也必然能够拓宽太阳能的利用领域。

1.3 国内外发展概况

1.3.1 太阳能利用的国内外发展现状

日本在太阳能的开发利用方面是第一大国，在技术应用方面也是首屈一指的强国。在1979年的全球石油危机后，日本就开始了新能源方面的研究，其中对太阳能尤为重视。由于太阳能的各种优点，并且其成本在新能源中也是最低的，这就促使了对太阳能应用方面的普及[10]。在1990年其就进入了普及高峰。而从2000年起，日本的太阳能发电量就是世界第一，2003年其太阳能发电装机容量就越为86万千瓦，这在世界太阳能发电装机方面占据了近一半之多。并且日本规划要求到2010年能够达到482万千瓦，增加了约为6倍。

德国对太阳能有关的利用起于20世纪70年代，并通过长期的研究[11]，德国在太阳能系统方面有着丰富的一系列生产、规划、安装等经验，并且其也研究出了一系列高效的太阳能系统。德国于90年经政府方面的同意支持，推出了“一千屋顶计划”，到了97年其屋顶安装的太阳能系统就拥有近万套之多，其总的累计发电量就高达3.3万千瓦。据德国太阳能有关方面的协会透露，在过去的几年里，德国的有关太阳能产品产量就增加了5倍，这种增速相对于其他国家在太阳能方面的发展速度是高出了一倍，可想其发展速度之快。并据德国相关媒体报道，全球最大的太阳能发电站在德国已经正式投入运营。