PLC控制太阳能窗帘的实验研究+梯形图(2)

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1 绪论

众所周知，当今社会里能源供应日趋紧张，开发并利用新能源已经成为一大热点。太阳能在众多新能源形式中最为大家所熟知，光伏光热的结合为现代生活带来不少便利。若能使太阳能装置与普通民居建筑结合，则可在很大程度上节约能源，实现绿色民居的构想。本次研究即旨在为这一问题提供初步解决方案。将太阳能电池与百叶窗帘结合起来，利用西门子s7-200PLC对窗帘进行转动控制，使得窗帘的角度恰好能达到最佳倾角从而对太阳能的吸收效率在同等条件下达到最高，这些被吸收的太阳能即可用于光伏光热转换对家庭的能源消耗进行补给。

1．1 太阳能的概念及应用形式

太阳能，狭义的解释是太阳光辐射的能量，而广义上是指地球上许多能量的最初来源。作为新式能源，太阳能的主要利用形式体现在光伏与光热上。

光伏转换：又称太阳能光伏。太阳能电池板是一种一经阳光照射便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体材料（例如硅）制成的比较薄的固体太阳能电池组成。由于很少有机械活动，因此可以长时间操作而不会产生任何损耗。简单的光伏电池已经实现了为手表及计算机供电的功能，较大的光伏系统则可实现为房屋照明等功能，同时向电网供电。太阳能板可以制成不同形状。近年来，天台及建筑物表面开始使用光伏板组件，被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。在未来，光伏并网发电是光伏发电的发展方向,必将得到快速发展[1]。

光热转换：现代的太阳能技术可以聚集阳光，利用热能对水加热，并产生蒸汽和电力。集热式太阳能，原理是将镜子反射的太阳光，聚焦在一条叫接收器的玻璃管上，而该中空的玻璃管可以让油流过，从镜子反映的太阳光会令管子内的油升温，产生蒸气，再由蒸气推动涡轮机发电[2]。除了目前已有的利用太阳能的技术外，建筑物也可利用太阳的光和热能，具体措施是在设计时加入合适的装备，例如在巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。在适当地点，太阳能的长期使用成本已经接近甚至低于传统的化石燃料。太阳能热水器就是光热转换的一种形式。

1．2 太阳能的研究现状

1.2.1 各国对太阳能的政策

1.2.2 太阳能与其他应用结合的研究现状

1．3 本课题研究的问题

（1）通过文献及实验手段寻找太阳能电池板的最佳倾角。

（2）根据最佳倾角，通过C、LAD等程序语言控制窗帘的转动角度，使在同等情况下，太阳能电池板的吸收率最高。

在进行太阳能有关的研究时，尽可能大的提高对阳光辐射的吸收率是一大关键，因而找出太阳辐照的最佳倾角是解决问题的核心。下面介绍一些与太阳倾角有关的计算公式。

2 入射角的理论分析

本设计涉及到传热学、计算机编程语言、流体力学等多门学科。主要通过对国内外相关文献的研究分析，设计出通过计算机控制可自行转动角度的太阳能百叶窗帘，以使其达到最佳的辐照吸收率。

2．1 最佳倾角的计算

太阳能是指太阳向宇宙发出的电磁波和粒子流。在大气层上方，太阳的辐射能基本在0.15~4μm波长之间，占太阳辐射总能量的99％，主要位于红外线、可见光、紫外线波段的范围中。由于辐射出的波长较短，因而太阳能辐射也可被称为短波辐射。假设大气层上方获得的太阳辐射量为100％，经过大气层后，云层和大气会吸收20％，大气会散射10％，云层还会发射会宇宙27％，能直达并散射到地面并被地面所吸收的太阳辐射量仅为43％左右。除此之外，倾斜面上所获得的太阳能辐射量还与很多因素有关,如当地的海拔、大气的透明程度、纬度、到达地面的太阳辐射直散分量的比例、地表面反向系数、太阳能方阵的安装以及方阵表面的清洁程度等。根据Klein的计算方法，电池板倾斜面接受到的太阳辐射一般包括3种：直射辐射I1，天空散射辐射I2，地面反射辐射I3，则I=I1+I2+I3。