o15h?求出时角θ后，日出日没时间用t=求出。 一天中可能的日照时间由下式给出
2?N=15arccos(-tan?tan?) （1.10）
利用太阳高度角和方位角的数学模型，就可以在固定纬度，固定时段计算出太阳在此条件下的方位。从而可以通过控制使光伏系统朝向太阳位置对其进行有效跟踪，提高系统的发电效率。
（三）本章小结
本章节对课题研制的太阳能光伏发电系统提出了具体的要求，即经济、结构简单、性能可靠等，此次设计的研究要以此为方向。并且研究了系统组成部分的构成，材料尽量选取经久耐用、技术成熟、性价比高、普遍可见的设备，来提高系统性能，降低系统成本。本章还简要的叙述了太阳能发电系统的基本构成，阐述了各个组成部分的功能和实现方法，并且阐述了太阳能的照射规律从而为以后的控制方式的设计提供一个理论基础。
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三、机械部分的设计
（一）整体框架的设计
本设计中通过东西向的方位角跟踪和南北向的高度角的跟踪达到使太阳能电池板能够始终正对太阳照射角，从而达到提高太阳能利用率的目的，因此转向部分首先需要满足能够进行东西向和南北向的自由转动。同时，此跟踪系统的设计还必须本着造价低廉、可靠性高、结构简洁的原则进行。机械转向机构在结构上要做到结构紧凑、布局合理，选件不能过大臃肿，在同等条件下，尽量选用小型的构件。
通过对目前多种太阳能采集装置的机械结构的收集和对比，再在几种比较合适的结构的基础上进行一些修改以更加符合本设计的要求，最终得到的结构如图3.1所示。此结构在东西向和南北向都有很大的转动空间，并且结构简单，耗材较少，比较适合小型的太阳能跟踪发电系统。
如图3.1，本机械转向机构基本组成主要有：底座、下层平台、上层平台、驱动电机、减速装置、电池板固定框架等。
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图3.1 跟踪系统的机械结构
（二）减速装置的选型
在本光伏发电系统的研制中，要求结构紧凑，因此要选用的电机体积不能太大，由于结构的限制，电机的功率和扭矩也不会很大，不能直接带动机械转向机构做跟踪太阳的运动。因此要选用合适的减速机构来提高扭矩，使转向机构正常运转。为了满足整个系统结构紧凑、体积小的要求，在本机械转向机构中可以选用的减速器有以下三种:涡轮蜗杆减速器、谐波减速器和行星减速器。这三种减速器的性能比较如表。
这三种减速器各自的特点如下:
（1）蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高。
（2 )谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力
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的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。
（3 ) 行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。
本系统由于起停比较频繁，冲击较大，因此不适合选用谐波减速器。行星减速器虽然精度较高，但价格昂贵，也不能满足本太阳能光伏发电系统的设计初衷。因此在本双轴跟踪机构中，选取涡轮蜗杆减速器是较为合适的。
表3.1 减速器性能比较表
类型 体积 刚性 寿命 效率 输入转速 涡轮蜗杆减速器 中 高 中 低 3000以上 谐波减速器 小 中 短 高 2000以下 行星减速器 小 低 长 高 2000以下 在本设计中具体选用的涡轮蜗杆减速器为NMRV04O涡轮蜗杆减速箱，此减速机的结构小巧而紧凑、外形美观、体积小，箱体的各个面上都有安装孔位，可以适应各种安装方式。
NMRV040技术参数：
功 率：0.06KW～7.5KW 转 矩：2.6N2m～2379N2m 传动比：5-100
（三）驱动电机的选型
本太阳能自动跟踪光伏发电系统要求能够比较准确的跟踪太阳位置，因此要求驱动电机能够准确的把电信号转化为电机轴上的角位移。本系统选取步进电机作为驱动电机。
步进电机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换成相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电动机的移量?或者线位移量S与脉冲数k成正比;它的转速n，或者线
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速度v与脉冲频率f成正比。在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化.因而可适用于开环系统中作为执行元件，使控制系统大为简化。步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速;能够快速反转和制动。它不需要变换可直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制。步进电动机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步动机就转动一个角度，因此作常适合于单片机控制。
按励磁方式分类，步进电动机可分为3大类：
（1）反应式步进电动机(anv baelelrcutance，简称vR)
反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机。它的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，.但动态性能较差。
（2）永磁式步进电功机(Pemranentmanegt，简称PM)
永磁式步进电动机的转子是用永磁材料制成的.转子本身就是一个磁源。它的输出转矩大，动态性能好。转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般较大。需供给正负脉冲信号。
（3） 混合式步进电动机（hybird，简称HB）
混合式步进电动机也称为感应式步进电动机。它综合了反应式和永磁式两者的优点，它的输出转矩大，动态性能好，步距角小。
在本设计中，考虑到驱动电机带动的负载较大，故选用了两相混合式步进电机做为系统驱动源。本设计选用的步进电机为85BYGH350A。
表3.2 步进电机的技术参数
型号 相数 85BYGH350A 2 步进角 1.2° 静力矩(N.m) 电流（I） 重量（kg） 2.4 2.4 2.0 （四）本章小结
本章对系统中的机械部分的设计进行了阐述，并且对其中的主要部件进行了简介和选型。本机械结构基本符合第二章中对于转向机构的要求，结构简洁、耗材较少。通过两个减速装置对电机驱动方向的转换，使该装置东西向能够进行360°旋转，南北向也有将近360°的转角，有足够的能动性。同时在本章中对多种减速装置和多种步进电机进行了对比，确定了较适合本系统的涡轮蜗杆减速器和两相混合式步进电机应用于本系
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