- 选题背景和意义：
- 选题背景
能源是人类社会发展的必需品，人类社会的存在、发展、繁荣与人类对能源的开发以及利用息息相关。当今世界，我们所使用的能源主要以石油、煤炭、天然气等化石能源为主，这些都是一次性能源，不可再生。而且，自从进入工业社会之后，人类对能源的依赖程度以及需求日益增大，传统的化石能源正在日益枯竭，能源问题日益严重，进而将会对人类社会的发展产生巨大的影响。根据中国科学院院士、中国科学院能源研究委员会副主任严陆光的研究，地球数十万年急剧下来的石油、煤炭、天然气等化石能源，大体上可以为人类使用300年。根据现在探明的储量和消耗水平计算，石油可用30至50年，天然气可用60至80年，煤炭可用的时间长一些，大约100至200年[1]。所以，开发替代能源迫在眉睫。
能源短缺的同时还伴随着严重的环境问题。随着化石燃料的大量使用，已经给人类生存的环境带来了严重的后果。比如，温室效应造成全球气候变暖，两极冰山融化导致海平面上升，各种自然灾害频发等等。在如何开发和使用能源的同时，保护我们赖以生存的环境，已经成为一个全球性的大问题。
随着对可再生能源的不断探索和探究中，太阳能越来越受到更多的关注。与常规能源相比，太阳能的特点首先是蕴藏量巨大，每年到达地表面积的太阳辐射能相当于130万亿吨煤[2]。其次，太阳能属于清洁能源，在使用中不会产生有害物质。最后，太阳能分布广泛，能接收到太阳光照的的地方就可以利用太阳能。由于我国的地理位置优越而且面积广阔，所以我国具有丰富的太阳能能源。太阳能的收集主要依靠太阳能电池板，但是想要提高收集效率，就需要设计太阳能追踪机构，应该让太阳能板尽量始终垂直于阳光光线方向，达到太阳能的最大收集。
- 选题意义
本课题式设计一款太阳能板太阳追踪机构，该系统能自动精准追踪太阳，最终提高太阳能的利用率。随着科学技术的不断进步，太阳能使用的热度逐渐增加，随处可见的太阳能热水器、太阳能景观灯、太阳能路灯等等都慢慢融入我们的生活。科研人员也开始致力于研究太阳能利用率低的技术难题。如果我们可以设计出太阳能追踪系统或者是太阳追踪的机械机构，确保太阳光可以始终垂直于太阳能板，就可以提高单位面积上的接收能量。
二、课题关键问题及难点：
- 太阳能板太阳追踪机构模型的结构设计
由于地球在不停的公转和自转，所以太阳照射在地球表面的位置也会不断的变化，在地球表面上的任意一点不同时间的太阳的高度角和方位角度的值是不同的。因此，所设计的太阳追踪机构必须满足能够进行俯仰和侧倾运动，才能使太阳能板尽量始终垂直于阳光光线方向，达到太阳能的最大收集。但是让太阳能板在同一个电机的带动下，既要满足侧倾运动又要满足俯仰运动，这就对结构设计提出了很大的挑战。
- 太阳追踪机构构件的零件设计
其中包括选用标准零件和非标准零件的设计，但难点主要是非标准零件的设计，因为零件的形状、尺寸、尺寸公差、几何公差、粗糙度等都要有理有据。
三、文献综述（或调研报告）：
- 太阳光追踪方式
- 光电追踪[3]
光电追踪的特点是本身精度较高，先是使光敏半导体接收到阳光，然后转化成为电信号传输给单片机，由单片机判断是否应该改变接收角度方向，然后发出指令，控制电机运行，使电池板转动到合适的方位角。光电检测追踪灵敏度比较高，结构设计也比较方便，但是受到天气的影响较大。比如在多云或太阳被云层、建筑物等遮挡或半遮挡的情况下，，会导致系统因脱离照射区域而无法追踪，甚至执行机构会产生误动作。
- 视日追踪系统[4]
视日追踪的原理是根据太阳运行轨迹，以追踪地点追踪时刻的日期、时间、经纬度等作为输入量，通过一些公式计算得到当时的太阳高度角和方位角，由控制电路控制传动机构的电机转动，从而带动跟踪装置追踪太阳。视日追踪可以有效提高系统的抗干扰能力，复杂多变的外界环境，云层、建筑物的遮挡都会对光电传感器的检测造成干扰，而视日追踪则没有这方面的影响，因此它可以提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。视日跟踪系统可分为单轴系统和双轴系统。
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