光电一体化技术

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光电一体化技术范文第1篇

关键词：PLC技术；光机电一体化；应用

对于现阶段的生产、加工工作，基本上已经达到了全自动化的水准，多项设备的运转和应用，都是从实际需求来出发的，在各个层面上利用先进的机械设备来完成良性循环，从而为社会的需求提供较多的帮助。我国在现阶段的发展中，进入到了一个特殊的时期，各项事业均取得了大幅度的进步，发展空间也得到了很大的拓展。此时，想要在后续的工作中取得理想的成绩，就必须将优质操作技术有效融入，保证机械设备的功能、体系等得到深度的优化，最终获得预期效果。

一、PLC控制技术分析

在过往的工作当中，光机电一体化自动盘花机的应用，主要是通过传统的手段来完成的，在很多方面都保持了较为稳定的工作水准。这种情况的持续时间比较长，到近代以后，各类机械技术突飞猛进的发展，为很多设备的优化都提供了较多的参考。从技术的角度来分析，PLC控制技术占有很高的地位，无论是在技术体系上，还是在技术功能上，都表现出了较大的进步，很多工作的执行都没有出现漏洞及缺失。面对社会上物质需求的大幅度提升，PLC控制技术的应用需要从多个方面予以把控。

（一）功能强大

PLC控制技术在应用过程中，发现其功能异常的强大，能够在很多方面达到突出的成绩。一般而言，PLC的操作层次上，指令数量特别的多，能够达到几十条，甚至是上百条的指令。不同的指令内容存在较大的差异，由此可以开展相应逻辑问题的优化处理，确保在不同类型的数据运算上，能够获得精确的结果。在现阶段所掌握的PLC控制技术当中，普通计算机可以完成的工作，PLC控制技术同样可以进行良好的应用。除此之外，考虑到机械工作的操作过程中，需要达到良好的人机互动效果。PLC控制技术本身的功能，得到了很大程度的健全，其完全可以根据现实工作的需求，将人机界面良好的建立，将信息交换工作合理的完成，减少了过往工作的不足和缺失，从而在最终的工作价值上、工作效益上，达到一个最佳的水准。

（二）系统实现方便

从主观的角度来分析，现下的各项工作，其必须在工作效率、工作质量方面达到兼得的效果，不能出现任何的差错。而我国隶属于发展中国家的行列，机械层面上的内容，必须要保证系统的简单性、可操作性、可靠性等。PLC控制技术在应用过程中，自身的系统在实现过程中，能够取得非常方便的效果，整体工作很少出现严重的问题。例如，PLC控制技术的应用，其自身的控制逻辑，表现为程序的建立方法，利用程序更好的代替了硬件接线。如此一来，不仅在工作空间上得到了最大化的节约，同时在操作效果上也有所巩固，告别了以往的问题，整体工作效果非常值得肯定。除此之外，PLC控制技术的系统，其采用的硬件，全部是高度集成化的模块。这些模块均表现为配套的特点，完全实现了系列化、规格化的目标。我们在应用PLC控制技术的时候，硬件系统与方案的搭建，在整体上表现出方便的特点。

（三）可靠性高

就机械操作本身而言，可靠性是一个不能忽略的特性，在很多方面都将产生极大的影响。当下的各行各业，都必须在机械的帮助下，才能又好又快的完成。所以，我们在光机电一体化盘花机的应用上，即便PLC控制技术拥有了很多的特质和功能，依然要对可靠性方面的内容进行深思熟虑，不能出现任何的问题，否则将会影响到其他工作的顺利开展。

1. 在硬件设计层次上，PLC控制技术的输入电路、输出电路均得到了多个方面的优化处理，两种电路能够与内部的CPU进行电隔离处理，整体工作方法具有高度的可行性。经过大量的分析后，发现PLC控制技术的硬件设计工作，未出现严重的不足。自身的信息工作，主要是通过光耦器件来完成的，也可以通过电磁器件进行传递，选择性比较多。在PLC控制技术的内部当中，CPU板的运作，对客观情况做出了深入的考量，自身具备了良好的抗电磁干扰的屏蔽功能，为PLC程序的运行，提供了更多的帮助。

2. 软件实现层次上，PLC控制技术得到了很大的改变。一般而言，PLC的工作方式，主要是体现为扫描加中断的方法来完成。该模式在应用以后，可以保证PLC控制技术有序的来工作，将所有的混乱问题彻底的减少。经过长时间的应用后，PLC控制技术表现出的软件可靠性非常显著，整体上避免了继电控制系统常出现的“冒险竞争”问题，自身的控制结果，能够达到确定的情况，减少了很多不良因素的威胁。

二、PLC控制技术的应用

光机电一体化全自动盘花机是比较常用的设备，其在很多方面都取得了功能的进步和应用效果的提升。将PLC控制技术在设备中进行应用，不能单纯的按照主观想法来完成，还必须对客观上的指标实现进行深入的分析。就现阶段的技术而言，PLC控制技术整体上具备了较高的可靠性、可行性，未出现任何的不良问题。但对于光机电一体化全自动盘花机来讲，在其中应用PLC控制技术，相当于对技术限定了使用的环境和各项标准，如果出现了违背的情况，或者是在工作过程中表现为强制性的操作，都将对最终的结果构成威胁。

建议在PLC控制技术的应用上，从以下几个方面出发：（1）通过对传统手工制作绢花的工艺分析，结合 PLC、单片机程序控制技术、机械原理、电子技术等，实现手工加工过程的再现。（2）从电机马达参数研究方面入手，结合 PLC 控制技术，使送料长度、花瓣旋转的角度等达到最佳。（3）通过研究气动控制技术，结合机械部件实现绢花的自动装订系统。（4）在数字控制、硬件组成、新光电器件选用方面研究，以求达到绢花加工速度、质量等方面的技术突破。从电气化安全规则、人体学及安全防护、装备自身的安全防范、及采用绿色环保材料的使用上，以求达到与国际标准接轨。（5）机器结构设计。全自动盘花机主要由送料模块、成型模块、装订模块组成，如何设计机器结构，使其体积小、重量轻、易维护、易操作、可靠性高。

总结：

本文对PLC控制技术在光机电一体化全自动盘花机当中的应用展开讨论，现下的工作水平了有了很大的提升，多项工作的开展均未表现出任何的问题，创造的工作效益是非常值得肯定的。日后，需加深对PLC控制技术的研究，在各个方面减少不足，优化体系的同时，不断的推动光机电一体化全自动盘花机的进步。

参考文献

[1]冯占营. 浅谈PLC在机电一体化生产系统中的应用[J]. 河南科技，2013，11：67.

[2]孔祥新，沈小引，刘敬科. 基于PLC FX2N-48MR的机械手控制系统设计[J]. 电子技术，2013，11：33-35.

[3]本刊编辑部，赵永霞，宋富佳，谢晓英. 国内外纺织技术及装备的最新进展（二）――ITMA ASIA+CITME 2014亮点预览[J]. 纺织导报，2014，06：65-80+82-86+88-109.

光电一体化技术范文第2篇

关键词：光伏发电；建筑；一体化；设计

Abstract: This paper introduces the photovoltaic power generation system, expounds the basic principles of the construction and photovoltaic energy integration system, focusing on the analysis of the integration design principle of (pv) power and building roof, metope, pervious to light component, curtain wall, sunshade component.

Key words: photovoltaic power; architecture; integration; design

中图分类号：TM6文献标识码：A 文章编号：

建筑作为人类日常生活必需的生存空间，每年消耗着大量的能源，约占一个国家总能耗的40%左右。特别是在一些严寒地区，城镇建筑能耗竟高达当地能源消费的50%左右1。开发各种新能源也成为人们考虑的重点，其中最重要的方法就是利用太阳能这一古老而永不枯竭的能源，太阳能光伏发电技术与建筑有机结合，降低对传统能源的依赖是今后一个阶段建筑设计的发展方向之一。

1.光伏发电系统

1.1太阳能电池的工作原理

太阳能发电有很多种方式其中大多数方法是通过将太阳能转化为热能，利用热能进行发电。光伏发电是比较直接的一种形式，它主要是利用一些材料受到光照后产生电流的物理原理，将这些材料制成发电原件的技术，这种技术可以将阳光直接转换为电能，使用更加便利，应用更加广泛，近些年得到了极大的发展。

1.2光伏发电系统的种类

太阳能光伏发电系统分为独立式太阳能发电系统和并网式发电系统。独立式太阳能发电系统，具有自己独立的蓄电系统，白天将多余的电能存储到蓄电池中，在夜晚或阴雨天电量少的时候从蓄电池中在提取电能，它的特点是独立性强适合没有电网的地区使用；并网式太阳能发电系统不同于独立系统，它并联入到电网中，白天发电时将电能输送到电网系统中，将电网作为蓄电池，在需要时候在从电网中提取电能，它的特点是无需蓄电系统，但是需要电网支持。

1.3光伏发电的优势

光伏发电在使用过程中具有很多优势，首先在使用过程中不产生任何污染，没有噪声，没有次生产物，且其产生的电能为高品位能源，不需二次转化，维护其运行的成本较低，不需要进行二次追加投入，是一种理想的情节能源。

2.建筑与光伏发电一体化系统

光伏发电为建筑提供能源的方式很多，目前使用量最大的是在远离城市的沙漠地区建立大型的光伏发电厂，再过高压输电技术将电能输送到用户，这种方式在输电过程中会造成大量的电能损失；还有一种形式是在能源负荷中心附近建立大型光伏发电厂，再通过电网将电能输送到用户，但能源负荷中心往往是经济中心，用地成本较高；于是目前催生出一种新的光伏发电应用形式,将光伏发电原件直接装在建筑的屋顶或墙面上，利用建筑作为光伏发电板的安装场所，在这种情况下，建筑光电一体式系统就应运而生，简称BIPV。

2.1太阳能电池板

太阳能电池板根据材料不同有很多种类，如多晶硅电池板，单晶硅电池板以及非晶硅和薄膜电池板。以单晶硅电池板发电效率最高，造价也最为昂贵，目前使用量最大的是多晶硅电池板。

2.2电池板板的安装朝向和倾角

太阳的运行轨迹每天和每时都有所不同，获得最多太阳能的方法是是使太阳能电池板永远与太阳光线保持垂直，但是这就需要有双轴跟踪系统，造价高，且构造复杂，一般情况下不采用这种形式。

目前我国太阳能发电板的安装方向通常采用正南方向，倾斜角度通常为春秋分节气正午时分的太阳高度角的互余角，这样可以使光电板在全年获得最大的能量，当然主要朝向可以根据具体情况进行调整，有时甚至可以安装在东西墙上。

3.光伏发电与建筑一体化的做法

3.1用光电设备作屋面板

屋面是光电板最理想的建筑一体化安装部位，坡屋面那是最为理想的光电板安装界面，坡屋面本身就为光电板提供了理想的倾斜角度，使其能够获得最大的能量，另外倾斜的屋面角度还可以防止冬季积雪。由于光电板在工作时其背面会产生较多热量，当光电板与屋面进行一体设计时要考虑到这种情况，在光电板与屋面之间设置空气层或太阳能热水系统给光电板降温。

平屋面安装发电板，需要进行一些构造设计来实现光电板的理想倾角，一般情况下是采用一些角钢支撑，但是这种情况下光电板与建筑一体化的效果比较差，不是理想的光电与建筑一体化设计方法。

3.2用光电设备作建筑立面

建筑立面也是光电板的理想安装界面，安装时以南立面为主，北方地区南向墙面全年可以获得40%~50%的太阳能，东西向也可以作为安装立面，在全年东西向墙面也可以获得20%~30%的太阳能辐射。需要注意的是在遮挡较为严重的立面不适合安装太阳能光电板，阴影会遮挡掉大部分太阳能辐射。

3.3透明构件光电板

随着光伏产业的发展已经出现透明光电构件，一种是半透明状的，类似茶色玻璃，另一种是将光电元件排列成具有花格的图案，花格之间是透明材料，形成斑驳的光影效果。这两种材料都有透光性能，但透光量都较为有限，因此如采光要求高的情况下不易使用，或者大面积使用获得较好的采光效果和发电效果。目前在很多建筑的中庭空间都在使用，创造出一种光影丰富的效果。

3.4光电幕墙

光电幕墙是一种新型的光电材料，它集发电与装饰为一体，能够很好的与建筑融合。它主要多个太阳能光电池经加固处理，镶嵌在特殊的透明度极高的低铁玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连，从而构成了一个整体的光电板。这种材料外表光洁，色彩明亮，节能效果明显，此幕墙体现了智能化特点，把太阳能光电技术集成到幕墙中不占有建筑面积，且太阳能光电板优美的外观，具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技色彩。

3.5光电系统与遮阳设备

建筑遮阳系统也是光电一体化主要考虑的建筑构件之一，建筑遮阳板与太阳能光伏发电两者的任务恰好有机的统一在一起。遮阳设备提供了合适的倾斜角度，而光电板则是理想的遮阳材料。

电子树是光伏建筑遮阳的一种新的应用。它是以钢结构模仿树枝的形态支撑顶棚，而顶棚部分采用太阳能电池板，模拟树叶在阳光下光影斑驳的效果。

4.结语

在能源日益紧张的今天，太阳能光伏发电与建筑一体化设计无疑是解决建筑能源问题的一条最佳出路。如果屋顶和立面全部采用光电板，它将足够产生建筑所需要的能量，建筑不再成为能源的负担，而是成为能源的资产。

参考文献:

光电一体化技术范文第3篇

论文关键词：机电一体化,电力行业,应用

机电一体化主要是指将机构的主要功能以及动力、信息处理、控制等功能与电子科技相结合，实现机械装置与电子化控制软件、设计有机结合，形成全新的系统。它具有多功能、高质量、高可靠性、低能耗等特定功能价值，涵盖了“技术”和“产品”两个方面，是一个功能强大的系统。

当前，机电一体化已经发展成为了一门具有专门系统的学科领域，当今科学发展日新月异，机电一体化也将逐渐被赋予新的内容。

2 机电一体化技术发展现状

2.1 机电一体化技术在电力行业的发展现状

近年来，“机电一体化”这个名词越发流行，它最初只被认作为机械与电子的简单结合，但随着微机性能不断提高，以及信息技术、数据库、光学，尤其是通信技术逐渐进入机电一体化，机器可以通过遥控和网络化实现机电一体化，生产范围也日益普及。

机电一体化目前多应用于汽车制造、装备制造、机械加工等行业，其优越的性能在电力行业的应用还处于初级阶段。电力行业发展需要集成化、智能化，也需要人性化、绿色化，这些都是机电一体化技术能够做到的，因此，机电一体化技术在电力行业的应用还远远不能满足行业发展的需求，还有待进一步地研究并投入应用。

2.2 机电一体化技术的发展趋势

当今数字化、综合化、网络化以及个性化的技术革命是以微电子、软件、计算机和通信技术为核心引发的，对全球经济、社会、科技和军事等方面发展影响深刻，也影响了机电一体化学科的发展趋势。据有关预测表明，机电一体化技术的发展方向如下所述。

（1）朝着光电一体化发展：一般由传感、动力、信息处理、机械结构等部件即可组成机电一体化系统，加入光学技术，并利用其特点，能有效完善机电一体化系统中的传感、动力和信息处理部件。（2）朝着柔韧化发展：今后的机电一体化系列产品，会有足够的冗余度来运转执行和控制系统，对突发事件应对能力加强，柔韧化改善。该系统的子系统之间相互独立，均服务于总系统，而本身也具有“自律性”，能就不同环境而做出差异反应，同时，单个子系统的故障不会影响总系统性能发挥，使得总系统柔韧性加强。（3）朝着智能化发展：未来的机电一体化系列产品的“全息”特点将会更突出，表现为极强的智能化，这是由于信息技术、模糊技术都在快速发展，识别能力增强。

3 机电一体化技术在电力行业中的应用探究

3.1 交流电机的正反转控制设计

在生产实践过程中，常要求用一台电动机的正反转控制方向相反的两个运动，如小车的左行、右行，机械手的上升和下降等。

交流电机的正反转控制电气设计如图1所示。

要实现三项鼠笼型异步电动机的正反转控制，只要把三相线当中的任意两相调换位置即可。如图1，加入接触器KM1闭合时电动机正转，当接触器KM1断开，论文接触器KM2闭合时，电动机就会反转。

3.2 机电一体化技术在水电站厂设备中的应用

随着光电式互感器、智能化开关等机电一体化设备的出现，水电厂的自动化技术逐渐进入到数字化阶段。

（1）水电厂设备机电一体化结构分析。

水电厂设备机电一体化结构主要分3层。其中过程层，随着信息技术发展，采用了新一代光电电压互感器、光电电流互感器，能够直接采集数字量，提高了抗干扰和抗饱和性能，开关装置也实现了紧凑化和小型化。

（2）水电厂自动化的发展趋势。

目前，水电厂机电一体化不断更新技术，其发展趋势主要有智能化、人性化及用户二次开发等。

智能化指系统可根据人为存储的命令对事件进行推理、判断及归纳。在一定条件下能代替人工操纵，经过归纳和判断，自动操作、提示信息，使机组安全地运行。智能化越高，对人员要求越低，对自身及控制设备的状态能给出准确判断、统计及报警提示。

3.3 机电一体化技术在电站辅机产品研制中的应用

（1）微机励磁调节器：该装置典型的有UNITROP系列，响应快、精度高、稳定可靠、结构紧凑、抗干扰、运行和维护方便、可靠性高，在市场上应用非常广泛。UNITROL*1000、*F和*5000等自动调节器分别适用于≤50 MW等级的无刷励磁汽轮发电机、≤600 MW和≥135 MW等级的汽轮发电机组的自动励磁电压调节器。（2）励磁绕组绝缘电阻监测装置：该装置典型的有GFDS-9001E型，采用80C196单片机技术。用来测量励磁绕组与地之间的绝缘电阻，一般采用在线检测的方式，监测发电机与励磁机励磁绕组之间绝缘情况。（3）发电机气体纯度监测装置：该装置典型的有GHS-1型，由纯度风机、纯度仪和变送器等部件构成。优点为：性能稳、无污染、不漂移、维护便捷，独有的微处理器结构容易使压力、环境和温度相互补偿，精度高。（4）励磁电流电压测算仪：该装置典型的有GES-9001型，用于测量励磁电流和电压，并可显示发电机的电流、电压、功率因数、频率、有功和无功功率以及转子氢温、绕组温度等。适用范围较广，可供3～600 MW的发电机组使用，性能好，质量可靠。

4 结语

机电一体化技术伴随着当前科技的进步快速发展，所发挥的作用日益明显，但是其在电力行业的应用远不能满足当前的需求，还需要进一步地研究并应用。

参考文献

[1] 章浩，张西良，周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究，2006（7）：46-47.

[2] 袁中凡.机电一体化技术[M].北京：电子工业出版社，2006.

光电一体化技术范文第4篇

关键词：太阳能光伏幕墙建筑一体化

前言

2006年1月1日，我国实施《可再生能源法》，此后相继出台《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行方法》、《可再生能源产业指导目录》等。2009年，财政部、住房和城乡建设部《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》（财建[2009]128号）《、太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》（财建[2009]129号）、《关于印发太阳能光电建筑应用示范项目申报指南的通知》（财办建[2009]34号），对太阳能光电建筑应用进行补贴支持。其中《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》规定，支持项目应满足以下条件：

1、单项工程装机容量应不小于50kWp。2、发电效率：单晶硅应超过16%，多晶硅应超过14%，非晶硅应超过6%。3、优先支持光伏组件与建筑物实现构件化、一体化。4、优先支持并网式太阳能光电建筑应用项目。5、优先支持学校、医院、政府机关等公共建筑应用光电项目。

太阳能光电建筑应用系统成本主要包括两个部分：一是太阳能电池组件成本；二是安装应用成本，包括设计施工、平衡系统、电网接入等。2009年的补助标准确定为20元/瓦，占目前系统成本的近50%。

太阳能光伏发电与建筑一体化有以下主要优点：1、有效利用建筑表面(屋顶和墙面)，省去支撑结构，节省土地资源。2、可原地发电、原地使用，节约送电网投资和减少损耗。3、BIPV系统舒缓夏季高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾。4、建立多元化的有弹性的能源系统。5、国家政策补贴和电价优惠可以给用户带来实惠。6、避免墙面温度和屋顶温度过高，改善室内环境，降低空调负荷。7、光伏建筑一体化还会提高建筑工程的工业化程度，使建筑工程变成一种高度机械化、自动化的高效率制作产业。但要做好太阳能光伏发电与建筑一体化，却要解决一系列问题，包括技术层面和政策层面。

一、我国太阳能资源的分布

1、当地全年太阳能资源

我国太阳能资源的地区分类概况，如图1所示。

2、当地气候状况

当地的气候状况也是影响太阳能光伏幕墙应用的重要因素。

图1我国太阳能资源分布图

（1）温度：环境温度对太阳能光伏电池的效率有影响，一般来说，温度越高效率越低。因此，在严寒、寒冷地区的气候可以使得温度的影响效应降低；而在炎热气候条件下应采取一定的措施，使得太阳能电池板的温度不至于过高。

（2）抗风、雪荷载、防雨等：光伏幕墙作为建筑构件，还应该根据项目当地的气候条件，综合考虑抗风、防雨、雪荷载等问题。

（3）遮阳、采光的需求：通过光伏组件与玻璃幕墙的结合，通常会形成幕墙上的非透明或半透明部分，因此光伏幕墙具有一定遮阳的功能，同时也降低了玻璃幕墙的透光性能。不同气候区的建筑对遮阳和采光的需求不同，因此光伏幕墙的设计也应有所不同。

3、当地纬度和各个朝向的太阳能照度情况

太阳能光伏幕墙的受光面与太阳的相对位置是决定光伏幕墙接受到的太阳能大小的重要因素。太阳位置常用两个角度来表示，即太阳高度角β和太阳方位角A。

在当地条件下，幕墙上接受太阳能的大小则是由幕墙的安装朝向的方位角和倾角决定的。

4、周围建筑物遮挡

光伏幕墙安装在建筑物上，可能会出现被周围建筑遮挡的情况。如果部分太阳能电池被遮挡，被遮挡的电池把功率以热的方式耗尽，降低整体发电效率。时间过长易导致故障产生，造成整个光伏电池组件损坏。因此，光伏幕墙应安装在日照最多，阴影最少的地方；并且尽量保证组件上部和下部的空气流通，以保持尽可能低的温度。在建筑密度较高的城市，建筑应用光伏幕墙应结合建筑所在地块建筑现状和规划，采用计算或实验的方法对遮挡问题进行预测，尽量避免周边建筑对光伏幕墙的遮挡。若存在太阳光大面积被遮挡的情况，则不适宜安装光伏幕墙。

二、太阳能电池组件的选用

1、各种电池的能源转换效率

（1）实验室转换效率。目前各类太阳电池的实验室转换效率记录见表1。

表1 目前各类太阳电池的实验室转换效率记录

电池种类 转换率（%） 研发单位 备注

单晶硅电池 24.7 澳大利亚新雨威尔大学 4cm2面积

背接触采光单晶硅电池 26.8 美国SunPower 公司 96倍聚光

CaAs多结电池 40.7 SpectroLab 333倍聚光

多晶硅电池 20.3 德国弗兰霍夫研究所 1.002cm2面积

InCaP/CaAs 30.28 日本能源公司 4cm2面积

非晶硅电池 12.8 美国USSC公司 0.27cm2面积

CIGS电池 19.9 美国可再生能源实验室 0.41cm2面积

CdTe电池 16.5 美国可再生能源实验室 1.032cm2面积

多晶硅薄膜电池 16.6 德国斯图加特大学 4.017cm2面积

纳米硅电池 10.1 日本钟洲公司 2um膜（玻璃衬底）

染料敏化电池 11.0 EPFL 0.25cm2面积

HIT电池 21.5 日本三洋电机公司

（2）实际转换效率。实际市场上销售的太阳能电池转换效率达不到实验的数据，实际效率如表2。

表2目前各类太阳电池的实验室转换效率的记录

电池种类 转换率（%）

单晶硅电池 17%

多晶硅 15%

非晶硅 12%

（3）温度对效率的影响。当温度升高时，光伏电池的发电效率将下降。不同的光伏电池，温度系数有些差别。非晶硅电池的温度系数要比晶体硅电池小，即非晶硅电池受温度的影响比晶体硅电池小。在常见的光伏电池中，效率受温度影响情况如下：单晶硅最大；多晶硅中等；非晶硅较小。

2、基于建筑一体化设计，电池组件的选用原则

在建筑光伏一体化设计中，对于建筑不同部位选用不同光伏电池的原则如下：

（1）多晶薄膜、非晶硅薄膜电池在建筑一体化设计中比较有优势，宜采用与建筑屋面、墙面、玻璃幕墙相结合的多晶薄膜、非晶硅薄膜电池。（2）应按照地区，将太阳能电池板与屋面，东、南、西向墙面相结合。（3）根据建筑要求确定合适的玻璃性能（如采光）及结构（如夹层、中空、异型）。（4）根据抗风等要求确定玻璃的强度要求（钢化、厚度）。

3、光伏组件需要解决的问题

（1）组件的生产问题。在光伏组件的生产中，应根据电池的特性选用面板玻璃，考虑透光性能、厚度、强度、平整度等。在夹胶生产工艺方面，应选用专用的胶片，并在组件边缘采用专用密封胶密封。在弯曲成型方面，应注意电池的弯曲能力。在电池焊接、联接、合片、引出线等工艺设计中要重点关注成品率。

（2）组件的安装与使用问题。光伏幕墙组件在设计中应把安装方式作为重点之一。这其中包括组件固定方式，光伏幕墙的水密性，安装、使用中的损坏问题，光伏组件背后的散热问题等。

在设计中还应充分考虑光伏幕墙的建筑使用要求和在寿命期的一系列问题，包括：与建筑外观的协调；透光性能；应考虑玻璃在夏季的升温问题及热炸裂问题；冬季玻璃构造的保温能力；光伏电池的效率衰减；光伏电池组件的使用寿命；组件的清洗、维护等。

4、比较适用于太阳能光伏幕墙的电池

（1）非晶硅太阳能电池。非晶硅太阳能电池无毒、无污染，技术成熟，多用于玻璃幕墙，特别适合在新建建筑使用。技术特点如下：

①对散射光、折射光、直射光等各种光源都有良好的吸收效应，稳定电流输出，长时间光电转换。②没有半导体效应，不随光照时间长产生温度升高，发电效应不降低，更适合用于热带地区。③比晶体硅电池组件容易维护和清洁，不会因为部分阴影而导致整块电池组件发电效果大幅度下降。④薄膜太阳能电池造价是晶体硅电池的一半，而且不受原材料瓶颈的限制，适合于广泛实用。⑤非晶硅太阳能电池光电转换效率已达到13%。⑥制备工艺相对简单，原材料消耗少，比较便宜等优点。⑦非最佳角度阳光下的工作情况好于单晶硅太阳能电池，可自由裁剪，可充分利用合成的产品。

（2）铜铟镓硒太阳能电池（CIGS）。铜铟镓硒太阳能电池（CIGS）为柔性薄膜，用于曲面造型幕墙，突破平板限制。电池高效、低成本、性能稳定，可大规模工业化生产。技术特点如下：①转化率高:可以和传统的单晶硅媲美，小面积可达19.9%，大面积可达11.2%。②性能稳定，无污染。③制造成本低。④使用寿命长。⑤柔性薄膜，用于曲面造型幕墙，突破平板限制。

三、一体化构造的确定

1、光伏幕墙的基本构造

光伏幕墙系统除了具备太阳能电池阵列、功率调节器等设备外，作为建筑的一部分，还应具备以下功能的构造：（1）作为建筑的护结构，应采取一定的措施，达到基本的隔热保温的要求。具体来说，光伏幕墙的传热系数、遮阳系数及内表面温度等参数应达到相关要求。（2）电气绝缘性能。（3）防水防潮。（4）作为建筑构件，将受到风荷载、雪荷载等外力的作用，应具备一定的强度，保证建筑的护结构不受到破坏，同时应具备一定的刚度，以保证不至于变形。（5）作为玻璃幕墙或采光顶时，还应满足建筑采光的需求，应具有一定的透明度。

2、BIVP的设计原则

(1)与建筑能完美结合，是建筑艺术与创意设计。光伏组件给建筑设计带来了新的挑战与机遇，画龙点睛的BIPV设计会使建筑更富生机，环保绿色的设计理念更能体现建筑与自然的结合。(2)结构安全性。光伏组件与建筑的结合，结构安全性涉及两方面：一是组件本身的结构安全，如高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多，光伏组件受风变形时是否会影响到电池片的正常工作等。二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定需对连接件固定点进行相应的结构计算，并充分考虑在使用期内的多种不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上，光伏组件的使用寿命也在20年以上，BIPV的结构安全性问题不可小视。(3)发电性能(主要功能)，并电网匹配。(4)通风、保温、隔热、散热、采光、遮阳。(5)根据建筑功能需要，考虑发电用途。通常发电的用途包括:照明、抽水、空调、上网等。

3、BIPV的各种形式

目前，BIPV通常采用以下形式，在每种形式下，建筑要求如表3。

表3BIVP的各种形式

序号 BIVP形式 光伏组件 建筑要求

1 光伏采光顶 双玻璃光伏组件（透明） 建筑效果好、结构强、采光性好、遮风挡雨、隔热保温

2 光伏屋顶 光伏屋面瓦 建筑效果好、结构强、遮风挡雨、隔热保温

3 光伏幕墙（透明） 双玻璃光伏组件（透明） 建筑效果好、结构强、采光性好、遮风挡雨、隔热保温

4 光伏幕墙（非透明） 双玻璃光伏组件 建筑效果好、结构强、遮风挡雨、隔热保温

5 光伏遮阳板 双玻璃光伏组件 建筑效果好、结构强

6 屋顶光伏组件 普通光伏组件 建筑效果好

7 墙面光伏组件 普通光伏组件 建筑效果好

BIPV较适合的建筑部位有屋顶、风雨棚、立面幕墙、大型遮阳百叶等位置。各种情况分析如下：（1）光电幕墙：只要地区合适、朝向合适，便可以采用太阳能光电幕墙。（2）光伏屋顶：屋顶为不透明，太阳能电池板能很好与其结合。直立锁边屋面板系统，BIPV配置合理有很好效果。BIPV形式玻璃采光顶。（3）风雨棚：风雨棚使用BIPV有优势:①覆盖面积大，且有最理想的太阳辐射角；②外观形状单一规整，方便太阳能板的布设；③维护和检修非常方便。（4）电动遮阳百叶BIPV：①能根据太阳高度角进行调节，获得最大太阳辐射量；②太阳能电池板能和遮阳百叶在外观上能很好融合；③机械化程度高，BIPV应用将更加广泛和合理。（5）墙面：南向、东西向墙面，若无遮挡，也是很好的位置，可取得较好的效果。

4、太阳能光伏幕墙工程应解决的问题

太阳能光伏幕墙需要结合建筑的总体规划设计，考虑环境、需求等一系列问题。

(1)与建筑外观协调一致。(2)城市区大楼彼此遮蔽阳光。(3)建筑物的纬度、方位，以及环境干扰。(4)与建筑物结合一体，设计与施工均较复杂，技术要求度很高。(5)造价昂贵，投资大，业主缺少投资动力。(6)晶体硅模板背部因通风较差，温度上升，发电效率可能降低10%以上。(7)垂直设置，将减少约40%的发电量。(8)当阴影遮蔽一片模组的一部分时，将减少整片模组及其他串联模组的发电量。(9)电气联接、电网联接、电量计量、电气保护等。

5、太阳能光伏幕墙工程问题的解决途径

(1)通过对光伏幕墙接受的太阳辐细计算，避免大楼彼此遮蔽阳光的问题。(2)规定清洗时间间隔，定期清洗，以解决空气质量不好等环境问题。(3)行业开展共同研究，编制相关的行业技术规程，不断提高光伏建筑一体化的设计与施工技术。(4)采用薄膜电池，通过规模化生产降低成本，优化电网系统。(5)在夏热地区使用，应有夏季的背部通风措施（60℃以下），并进行温度计算，减少温升问题。(6)垂直设置时，应进行经济分析，确定采用的电池、系统等，缩短投资回收期。(7)进行光照阴影计算，确定最佳安装位置。同时，采用弱光性能好的薄膜电池，减少阴影的影响。(8)制定配套的设计标准及技术指南，优化电气设计。

四、结语

光电一体化技术范文第5篇

【关键词】PLC；光机电；一体化；实训系统；设计

1概述

1.1PLC

PLC全称为可编程逻辑控制器，它是一款可用于编程的存储器，它主要是用于完成逻辑运算的执行、顺序的控制、定时、计数等用户的指令，除此之外，它还可以运用数字化或者模拟式输出及输入对机械生产进行控制。可编程逻辑控制器具有许多特点，首先，可编程逻辑控制器使用起来十分方便，而且编程简单，其主要采用的是简单的梯形图、逻辑图或者简单的程序语句来表达，所以对于用户来说，他们不用掌握十分完备的计算机知识，就可以很好地进行操作。其次，可编程逻辑控制器的功能强大，价格还十分经济，故而其性能价格比是相对较高的。还有一点，就是可编程逻辑控制器的硬件配套往往十分齐全，用户在使用时很方便，适应能力强，很可靠，在抗干扰方面，其采用大量集中的继电器，在减少接触不良方面，可编程逻辑控制器在很大程度上具有优势，从而减少接触不良带来的许多故障。关于可编程逻辑控制器的维护和修理方面，其在设计、安装和调试上的工作量少，从其维护工作来看，工作量也是相对较少的，而且操作起来方便，故障问题能够很快地解决。

1.2光机电一体化

光机电一体化又叫做机械电子工程，这是机械工程与自动化领域中的一个研究方向。随着社会经济的不断发展和科学技术不断取得重大突破，光机电一体化的技术也在迅猛发展，光机电一体化在许多领域都有了应用。从综合层面来讲，光机电一体化实际上是将许多技术进行有机结合后的产物，其中就包括机械技术、电子工程技术、信息技术等等，在结合后将光机电一体化技术应用到实际生产当中去，从而可以使得机械发展更加智能化和人性化。

2基于PLC的光机电一体化实训系统设计

2.1组成要素

基于PLC的光机电一体化实训系统设计，其设计过程中首先需要注意的是光机电一体化系统中的组成要素，主要有五大要素，分别是结构组成要素、动力组成要素、感知组成要素、运动组成要素和职能组成要素。结构组成要素是整个光机电一体化实训系统组建的基础，它为整个系统提供了结构的支持，也就是说，只有按照系统的要求，组建好结构组成要素，才能实现系统能量的正常供应和动力系统的运行。动力组成要素在整个系统的建设中起到了提供动力的作用，只有保证了动力的充足，才能实现整个系统的正常、稳定的工作。而感知组成要素在光机电一体化实训系统中主要是对系统自身的运行状态和工作环境的一个感知，从各种参数和状态进行收集、分析和处理，并且以可被识别的信号输出，从而产生相应的调控信息，使得整个系统的运行状态得以监测。在运动组成要素常常与动力组成要素相互搭配起作用，都是为系统运行所需要的动力提供基础保障。职能组成要素在控制和处理信息部分发挥着巨大的作用，由于感知组成要素是作用于收集系统运行状态和参数，在收集到大量数据之后，就需要对呈现的数据进行分析、存储和加工，从而能够使得整个系统按照获得的指令进行运作。总结来讲，光机电一体化实训系统的设计不可忽略这五大组成要素的基本功能和作用。

2.2设计原则

光机电一体化实训系统在设计的过程中，不仅需要考虑各个组成要素的作用，还需要遵循设计的原则，这些原则主要分为四部分，分别是接口耦合、运动传递、信息控制和能量转换四项基本原则。首先是接口耦合原则，也就是说两个需要进行信息传递的接口或者需要进行传递的环节之间，如果其信息模式不一致就会造成信息无法传递的严重后果，因此，在这里就需要遵循接口耦合的原则，利用接口耦合使得信息得以传递。在信号相对较弱的两个环节之间，也需要通过接口耦合来实现扩大信号的效果，从而能够匹配，使得信号的变换更加清晰、可靠，而且更加快速、精准。第二项原则，能量转换原则，两个需要进行传输和转换的环节之间，常常会出现由于信息模式的不同而无法进行直接的信息传递，所以在这里不仅需要接口耦合，还需要能量的转换，只有能量进行转换，才能使得执行器、驱动器等不同能量实现最优的工作效率。第三，信息控制，在光电一体化实训系统的设计中，在数据的收集、传输、存储、分析等都是进行信息处理的过程，而达到最优的信息控制，是提高光电一体化实训系统运行质量和效率最关键的一步。随着社会经济的不断发展，科学技术的日益更新，机械智能化已经成为现代科技的标志，所以，在光电一体化实训系统中，遵循信息控制原则，实际上可以推进整个系统的智能化水平。第四，运动传递原则，在光机电一体化系统的各个组成要素之间，运动传递能够实现各个要素的信息传输和运动控制的目的。

2.3具体设计

光机电一体化实训系统的设计最关键的就是要保证系统设计的完整性，下面就以水池补水系统为例，对基于PLC的光机电一体化实训系统设计进行分析。首先是动力部分，水池补水系统选择电力作为动力部分，动力部分的设计需要满足系统的动力需求，以保证整个系统的动力源泉不会枯竭；就目前来讲，常见的动力源有电能、风能、水能、人力、畜力等，而水池补水系统的动力系统选择电能即可。其次，是水池补水系统的结构部分，在进行光机电一体化实训系统设计的时候，需要考虑实现的效果，从而有针对性地选取相适应的结构，在搭配其他部件，最终实现机械自动化控制，这里以水池补水系统作为例子，这里的结构本质上是需要动力部分来带动的，因此，它也是整个系统最后发挥作用的部分，也可以算是系统的核心；执行器部分是控制系统的关键部分之一，在实际操作中，常常是需要通过信号路线与PLC连接，从而实现信号的联通和传递，在该水池补水系统的执行器的选择上，选取电动截止阀和开关共同作为执行器的部分，当PLC产生信号并传输到执行器部分，执行器就可以根据指令完成其任务；在水池补水系统的计算机部分在很大程度上需要PLC的支持，从而对信息进行收集、加工和存储操作，计算机部分对于整个水池补水系统来说起到了一个总控的作用，就如同大脑之于身体，显而易见其重要性；水池补水系统的传感器部分，需要利用PLC来对系统自身和工作环境进行数据收集，并且将传感器收集到的信息传输给计算机部分，根据计算机程序的执行，最终输出结果，实现水池补水系统的随环境调试，从而更好地完成其任务。

3结语

随着社会经济的不断发展和科学技术的日渐取得重大突破，光机电一体化作为光学和机械电机工程相互综合的产物，这项技术也在迅猛发展，并且在许多领域，光机电一体化都有了应用。而为了推进光机电一体化技术的进一步发展，将PLC技术应用在光机电一体化实训系统的设计当中，起到了关键作用。本文基于PLC的光机电一体化实训系统设计进行了探讨，虽然文章在内容和结构安排上还存在不足，但是希望通过文章能够引起大众对于PLC和光机电一体化的重视，并且在未来的研究中作出更多的创新。

参考文献

[1]李利军.基于PLC的光机电一体化实训系统设计[D].郑州大学,2013.

[2]徐双君.基于PLC的光机电一体化实训系统设计与实践[J].通讯世界,2016,(02):166.