基本信息
- 項目名稱：
- 主動式太陽能智能追光裝置的研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 太陽能作為綠色新能源，是未來能源發(fā)展的重點，但是太陽能最大的缺點就是能量密度比較低，為了克服這個缺點，設計了太陽能自動追光裝置，本裝置采用嵌入式技術，用GPS獲取當?shù)氐慕?jīng)緯度和UTC時間，再由太陽高度計算公式計算出太陽高度角和太陽方位角兩個物理量，核心模塊驅動水平和垂直兩路步進電機校正太陽能收集裝置的位置，使之與太陽方向垂直。使用智能追光裝置后，電池板的發(fā)電效率能提高30%以上。
- 詳細介紹：
- 太陽能作為綠色新能源，以其經(jīng)濟、清潔、環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)點有著其它能源不可替代的優(yōu)勢。 當前太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)正成為我國政府的重點扶持對象。是當前及未來能源發(fā)展的重點。 目前國內(nèi)太陽能發(fā)電普遍有以下不足：大多采用電池板固定方式安裝，對能源的利用率較低;少數(shù)采用傳感器與渦輪蝸桿技術進行追光產(chǎn)品的可靠性差，且價格較高?？朔陨喜蛔阄覀冇腥缦聝?yōu)勢：采用嵌入式程序控制，不用任何傳感器即可精確追蹤太陽位置；機械結構采用兩端輸出逆止活齒減速器，零回差、自鎖、兩端同步輸出，使太陽能追光機械傳動系統(tǒng)進入新的發(fā)展階段。 本裝置采用嵌入式技術，用GPS獲取當?shù)氐慕?jīng)緯度和UTC時間，再由太陽高度計算公式計算出太陽高度角和太陽方位角兩個物理量，核心模塊驅動水平和垂直兩路步進電機校正太陽能收集裝置的位置，使之與太陽方向垂直。使用智能追光裝置后，電池板的發(fā)電效率能提高30%以上。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 太陽能作為綠色新能源，是未來能源發(fā)展的重點，而現(xiàn)有產(chǎn)品采用固定的太陽能電池板，在太陽能的采集方面效率低，為此，我們設計了主動式太陽能智能追光裝臵。 由于在任意時間、任意地點地球的公轉軌道是嚴格已知的，本裝臵利用地方時和緯度精確地計算出太陽高度角和太陽方位角兩個量，通過機械控制部分對太陽能設備進行姿態(tài)的調(diào)整實現(xiàn)智能追光。 追光算法所需要的參量由 GPS衛(wèi)星定位信號獲得，對太陽方位角的追蹤由電子羅盤反饋獲得，裝臵中嵌入的微處理器MEGA128對所有的數(shù)據(jù)進行整合處理，最后控制步進電機使太陽能裝臵完成追光動作。
科學性、先進性
- 目前，太陽能裝臵主要采用固定式安裝或采用光學傳感器實現(xiàn)追光。采用固定式安裝的產(chǎn)品太陽能的采集及利用率較低，性價比不高。而采用光學傳感器技術的產(chǎn)品雖然可以實現(xiàn)太陽能裝臵姿態(tài)的調(diào)整，而產(chǎn)品一般安裝在室外，自然條件對光學傳感器的靈敏度影響非常大，時間一長，使追光的效果逐漸降低，同時現(xiàn)有的大部分追光產(chǎn)品使用的都是蝸輪蝸桿的機械，機械損失很大，而且有明顯的回程差；此外，產(chǎn)品的使用壽命短，成本較高，不利于大面積推廣。 為解決以上產(chǎn)品的不足，本作品采用智能追光技術實現(xiàn)太陽能裝臵對太陽的時時追蹤。該作品突出的實質(zhì)性技術特點與顯著進步是 GPS與電子羅盤獲取追光算法所需的參數(shù)，在微處理器MEGA128的控制下，實現(xiàn)裝臵的智能追光。因此，本作品受自然因素的影響小，能量采集與利用率高，同時加入的TFT屏、無線模塊等人性化設計，突出以人為本的理念，方便用戶的使用與維護，本作品還采用了先進的“兩端輸出逆止高效活齒減速器”減速裝臵，其傳動效率比原有的蝸輪蝸桿提高了近一倍，有同樣的反向自鎖功能，而且無回程差。
獲獎情況及鑒定結果
- 2007年11月——我校第十二屆世紀杯特等獎 2008年3月——我校大學生科研立項重點項目 2008年5月——以本作品為核心產(chǎn)品的《華夏風光互補有限公司創(chuàng)業(yè)計劃書》曾獲得“挑戰(zhàn)杯”2008河北省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽二等獎 2008年11月——我校第十三屆世紀杯特等獎 2009年5月——“挑戰(zhàn)杯”2009河北省大學生課外學術科技作品競賽特等獎 2007年——至今，本課題始終得到我?！啊痢潦‰娏﹄娮庸?jié)能與傳動控制重點實驗室”的持續(xù)支持
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 合作
作品可展示的形式
- 樣品、現(xiàn)場演示、模型、圖紙、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品最大的優(yōu)勢是智能追光，適合所有使用太陽能設備。 太陽能等可再生能源日益受到重視，整個行業(yè)處于快速發(fā)展的上升期，在中國，光伏產(chǎn)業(yè)的增長速度每年超過 30%。以本作品為技術支撐的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以廣泛地應用在政府基礎公共設施建設（如路燈照明、城市亮化、交通信號及遠郊公路、高速公路等場所的照明）、國有大中型企業(yè)形象建設、第三產(chǎn)業(yè)美化（包括旅游、物業(yè)等）及太陽能熱水器、太陽能灶等。 本作品將以技術入股的形式與企業(yè)合作，在市場上推廣，推動太陽能行業(yè)的發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)的民用太陽能裝臵絕大部分采用固定式安裝，很少一部分采用光學傳感器實現(xiàn)追光。 采用固定式安裝的產(chǎn)品不能根據(jù)太陽位臵的變化調(diào)整太陽能裝臵的姿態(tài)，從而太陽能的采集及利用率較低，尤其在早晨和傍晚，太陽能的利用率幾乎為 0，長遠投資成本大，性價比較低。 而采用光學傳感器技術的產(chǎn)品雖然可以實現(xiàn)太陽能裝臵姿態(tài)的調(diào)整，但產(chǎn)品一般安裝在室外，自然條件對光學傳感器的靈敏度影響非常大，時間一長，使追光的效果逐漸降低，還要花費大量的時間和金錢對整個系統(tǒng)進行維護。同時整個追光過程電機都要進行旋轉，現(xiàn)有產(chǎn)品大部分采用蝸輪蝸桿的機械結構，其傳動效率較低，系統(tǒng)本身對能源的消耗也比較大；此外，產(chǎn)品的使用壽命短，成本較高，不利于大面積推廣。 與本作品類似原理的追光設備大多安裝在衛(wèi)星、航天飛機等軍工級設備上。國外的追光技術比較成熟，如奧運會沙灘排球場使用的西班牙一家公司的技術生產(chǎn)的追光裝臵，但成本很高且對國內(nèi)實行技術壟斷。
