1、编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 便携式太阳能光伏供 电系统外观与结构设计学 院： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 姓 名： 职 称： 副教授 题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发I摘 要新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁，高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭，用之不尽“ 。经调查发现，偏远地区太阳能丰富，而且如今传统的供电方式未能覆盖到那些地区，又或者去野外考察和旅游的时候，电子设备得不到及时的充电，使工作的进行产生很大的困难。而本设计便携式太阳能
2、光伏供电系统的产生，很好的解决了这一难题，本设计从便携式和实用性出发，经过对现有产品以及实际需求等多方式的考察，最终优化的结构设计类似于便携式旅行箱的外形设计。该设计中，能够控制机构的升降运动，太阳能板能够自动跟踪阳光的不同照射方向而做相应的旋转，大大提高了太阳能的利用率。而光伏发电具有安全可靠，无噪声，无污染，制约少，故障率低，维护简便等优点，地形多样和居住分散的现实条件下，便携式太阳能光伏发电系统是由太阳能电池组件，蓄电池组，大小可根据需求设计。由于太阳能发电具有节能，环保，一次投资，长期受益的特点。可应广泛用于别墅群，旅游渡假村，草原牧区，偏远山村，高山海岛等地区的小规模供电。单晶硅太阳
3、能电池板，便携式旅行箱，免维护胶体蓄电池。便携式太阳能光伏供电系统的产生，使得太阳能的利用得到了进一步的扩大应用范围，所以对便携式太阳能光伏供电系统外观与结构的优化设计，设计出更轻便，利用率更高的便携式太阳能光伏供电系统具有深远的意义。关键词：太阳能；应用广；无污染；便携式IIAbstractNew energy is one of the most five decisive power techniques area decisive on the development of the world economy in twenty-first Century. Solar energy
4、is a clean and efficient and inexhaustible new energy, just as a saying goes “inexhaustible, inexhaustible“. There is abundant solar energy in the remote areas while the traditional power supply mode cant be reached to those areas now through the investigation and founding. Or when you are going out
5、side to make an on-the-spot investigation or travel, it is very hard to go on the work if the electric device cant get prompt battery charging. The appearance of this portable solar power supply system can solve this problem very well. This design is considering the portable and practical performanc
6、e and the investigation of current product and actual demand, the final optimization structure design is similar to the shape design of the portable travelling case. This design can control the machine heaving motion. Because of the solar panel can make a relevant spin according to the different dir
7、ections of sun shine, solar panel can make a good use of the solar energy effectively.The advantages of photovoltaic power generation is safe and reliable, no noise, no pollution, less restricted, low failure rate, easy maintenance and so on. Portable solar photovoltaic power generation system consi
8、sts of solar battery assembly, storage battery and the size can be designed according to specific requirements under realistic conditions of a variety of terrains and scattered. Because solar power has the advantages of energy saving, environmental protection, invest in one time and long-term benefi
9、ts. It can be widely used in a small regions supply of electricity in villas, tourism resort, pastoral areas, and remote mountain village and Mountain Island. silicon solar cell board, portable suitcase, maintenance-free batteries have all the performance. With the emergence of Portable solar power
10、supply system, it makes the utilization of the solar energy has been further expanded application scope, so the appearance and structure optimization design of portable solar power supply system will be a more compact design and utilization of higher portable solar power supply system has the more p
11、rofound significance.Keywords: Solar energy; Extensive application; No pollution; portableIII目 录引言 .1 太阳能光伏发电能源调查分析 .1.1 太阳能发电概述 .1.2 太阳能发电起源及发展 .1.3 太阳能发电系统设备 .1.4 太阳能光伏技术 .1.5 应用领域 .1.6 当代世界光伏产业发展现状及趋势 .1.6.1 发展现状.1.6.2 发展趋势.1.7 中国光伏产业的发展状况、趋势及企业责任 .1.7.1 发展状况.1.7.2 发展趋势.1.7.3 企业责任.1.8 中国光伏发电的未来和阳
12、光计划 .2 便携式自适应太阳能光伏发系统机械结构优化设计 .2.1 本毕业设计的主要内容 .2.2 市场调研 .2.3 总体设计思路及原理 .2.4 机械结构优化设计方案 .3 设计过程和步骤 .3.1 各部件的设计 .3.2 各传动部件的设计 .3.3 标准件的选用 .4 电动机的选择 .4.1 电动机的容量选择 .4.2 电动机型号的选定速 .4.3 电动机参数的计算 .5 齿轮传动计算（直齿轮，圆锥齿轮） .5.1 直齿轮传动计算 .5.2 直齿圆锥齿轮传动计算 .6 轴的强度校核计算 .7 键的选择与及设计机构润滑的选择 .IV7.1 键的选择与计算 .7.2 润滑方式的选择 .8
13、便携式太阳能光伏供电系统的特点与展望 .8.1 产品特点 .8.2 市场定位 .8.3 展望 .9 结论 .谢 辞 .参考文献 .引言由于化石能源的储量有限,难以维持人类的可持续发展;同时化石能源的利用产生的大量有毒有害物质,将导致环境污染、温室效应,严重危害地表环境。人类发展到现在,越来越多的国家都逐渐清醒地认识到,要在有限资源和环保严格要求的双重制约下实现经济和社会可持续发展的关键,就在于寻求清洁环保的可再生能源。因此,太阳能、风能、生物质能、地热能等可再生洁净能源的大规模利用就显得尤为重要,这其中又以太阳能利用的优势最为明显,它具有以下几个特点:储量的“ 无限性” 相对于常规能源和其它可
14、再生能源的有限性,太阳能具有储量的“无限性”, 取之不尽 ,用之不竭。存在的普遍性相对于其它能源来说,太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用。利用的清净性和经济性太阳能的开发利用几乎不产生任何污染;同时由于其储量无限,利用术代价不高,具有良好的经济性。太阳能也必将由此在世界能源的未来结构转换中担纲重任,成为理想的替代能源。但是,太阳能也存在单位能量强度不高、分布均、转化利用效率较低等问题,这就要求我们太阳能工作者积极探索,研究出更为科学的集能方式和设备,加快太阳能技术的开发和推广应用。随着化石能源的减少,太阳能利用的比例将大幅度提高。便携式太阳能光伏供电系统的研究与设计，对太
15、阳能的利用具有很大的促进作用。1 太阳能光伏发电能源调查分析1.1 太阳能发电概述太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片） ，有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多
16、晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。中国国产晶体硅电池效率在10 至 13%左右，国际上同类产品效率约 12 至 14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。到 2009 年，中国并网发电还未开始全面推广，不过，2008 年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。1.2 太阳能发电起源及发展早在 1839 年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导
17、体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应” ，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。20 世纪 70 年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有 20 亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。20 世纪 90 年代后，光伏发电快速发展，到 2
18、006 年，世界上已经建成了 10 多座兆瓦级光伏发电系统，6 个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997 年又提出“百万屋顶” 计划。日本 1992 年启动了新阳光计划，到 2003 年日本光伏组件生产占世界的 50%，世界前 10 大厂商有 4 家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。1.3 太阳能发电系统设备太阳能光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，
19、逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。1.4 太阳能光伏技术太阳是能量的天然来源。地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能力，甚至于是它的生存，都是由于直接或间接来自于太阳的能量。我们的地球处在离太阳差不多有一亿英里的地方。它所截取的辐射能已经少到令人难以置信 的程度，即大约千万分之三，即使这么小的一点能量， 实际上比整个世界现有的发电能力还大十万倍！全世界尤其是工业发达国家开始感到能量短缺，因此，人们开始求助于太阳能，以解决能源危机。太阳能发电的主要优点在于：太阳能电池可以设置在房顶等平时不使用的空间，无噪音、寿命长，而且一旦设置完毕就几乎不要需要调整。现在只要将屋顶上排满太阳
20、能电池，就可以实现家中用电的自给。现今太阳能的主要用途已不再是小规模的，从性质上来说，是专业化的。它从军事领域、通信领域到城市建设领域等都起到了重大的作用。委内瑞拉还推出廉价太阳能车、欧洲科学家研制出轻便的可穿在身上的太阳能电池。太阳能的利用存在着巨大的发展空间，有关的技术有可能在短时间内实现突破。它已被许多发达国家作为其能源战略的一个重要组成部分。1.5 应用领域（1） 、用户太阳能电源：（1）小型电源 10-100W 不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；（2）3-5KW 家庭屋顶并网发电系统；（3）光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌
21、溉。（2） 、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示 /标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。（3） 、通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播 /通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵 GPS 供电等。（4） 、石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/ 水文观测设备等。（5） 、家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。（6） 、光伏电站：10KW-50MW 独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各
22、种大型停车厂充电站等。1.6 当代世界光伏产业发展现状及趋势1.6.1 发展现状CSIA 最新研究报告称，目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术成熟，但光电转换效率相对较低；而薄膜电池成本低，发光效率高，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步，未来薄膜电池会有更好的发展前景。2009 年全球太阳能电池市场产品销量比例如图 1-1 所示。图 1-1 2009 年全球太阳能电池市场产品结构（按销售量）在各国政府的大力支持下，太阳能光伏产业得到了快速的发展。2
23、006 年至 2009 年，太阳能光伏电池产量的年均增长率为 60%。由于受到 2008 年金融危机的影响，2009年前两个季度光伏电池产量的增长速度有所放缓，但随着 2009 年下半年市场需求的复苏，2009 年全年的太阳能电池产量达到了 10431MW，比 2008 年增长 42.5%。如图 1-2所示。图 1-2 20062009 年全球太阳能电池产量目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的 1118 倍，因此目前各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴，政府的补贴规模决定着本国的光伏产业的发展规模。目前在政府的补贴力度上，以德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家的支持力度最大。2008
24、年，西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策，使其国内光伏产业出现了爆发式发展的态势，一度占据了世界光伏电池产量的三分之一强。2009 年德国光伏组件安装量高达 3200MW，占全球总安装量的 50.4%。1.6.2 发展趋势（1）全球太阳能需求将持续成长。在 2013 到 2014 年期间，全球太阳能市场年度需求量预计将达到 30 到 40GW 的水准。在未来的四到五年里，政策仍然将是主要太阳能市场的最大驱动力。此外，太阳能模组和其他系统设备的价格对市场需求有着越来越强的影响。（2）太阳能市场将进一步全球化。新兴市场的范围和所占比重都将有所扩大，值得注意的国家包括：南非、沙乌地阿拉伯、以色列、智利
25、、巴西、墨西哥、泰国、印尼、马来西亚、菲律宾等等。（3）中国太阳能市场将占据举足轻重的地位。由于中国政府采取优惠政策扩大内需，预计中国市场将在 2013 年挑战全球第一的位置，如何有效开发中国市场将是对太阳能企业的一大考验。（4）产业供过于求的局面正在改善。虽然仍然有一些生产线以较低的稼动率在运行而不是退出市场，供需重新平衡的局面将有望在 2013 到 2014 年之间到来。（5）产业整合将逐步深化。从全球供应链角度来看，2012 年不同生产环节的产业集中度差距变大。虽然多晶硅与硅芯片市场领先企业的产量已经有较大优势，电池和模组段前十名品牌的市场总占有率仍然不足 50%，预计在未来两年中将进一
26、步整合。（6）太阳能产品价格将逐渐趋于稳定。产业链各环节价格仍将受到压力，以保持终端投资的内部收益率，但制造商透过提高效率和降低成本有望改善毛利状况。 1.7 中国光伏产业的发展状况、趋势及企业责任1.7.1 发展状况中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年 17000 亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于 20 世纪 70 年代起步，90 年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过 30 多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“ 光明工程 ”先导项目和“送电到乡” 工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。2007 年
27、，中国光伏电池产量首次超过德国和日本，居世界第一位。2008 年的产量继续提高，达到了 200 万千瓦。中国光伏电池产量年增长速度为 1-3 倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由 2002 年 1.07%增长到 2008 年的近 15%。商业化晶体硅太阳能电池的效率也从 13%-14%提高到 16%-17%。因美国次贷问题而引发的金融危机，从华尔街迅速向全球蔓延，致使部分金融机构轰然倒塌，证券市场持续低迷，石油价格大幅下滑。中国光伏发电产业发展迅速，成为政府重视、股市活跃、风投青睐、各行各业蜂拥相聚的世界太阳谷。由于设备、原料和市场三头在外，它对美国、欧洲和日本等国际市场存在很大依存度。随着这
28、场金融危机特别是国际油价的大幅下挫，对中国光伏发电业的投资资金、出口订单等方面产生重大影响，但金融危机对光伏产业的巨大影响一定会在未来的某个时间得到消化。长远来看，世界光伏市场的政策推动力依然存在，光伏产业的市场成长依然强劲。目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。从产业布局上来看，国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群（如图 1-2 所示） ，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。2009 年中国太阳能电池产量为 9300MW，占全球总产量的 40%以上，已成为全球太阳能电池生产第一大国（如图 1-3 所示） 。图 1-3 2006-2009 年中国太阳能电池产量
