基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能電池板自動捕光系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差37.7%，精確的跟蹤太陽可使接收器的接收效率大大提高，進而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域。 本系統(tǒng)通過光敏電阻光強比較法，采用光敏電阻、STC12C5A60S2系列單片機、步進電機等器件，實現(xiàn)了太陽能電池板對光照的實時雙軸垂直跟蹤，可應(yīng)用與光伏發(fā)電系統(tǒng)，從而實現(xiàn)太陽能的最大利用率。
- 詳細介紹：
- 本系統(tǒng)通過光敏電阻光強比較法，采用光敏電阻、STC12C5A60S2系列單片機、步進電機等器件，實現(xiàn)了太陽能電池板對光照的實時雙軸垂直跟蹤，可應(yīng)用與光伏發(fā)電系統(tǒng)，從而實現(xiàn)太陽能的最大利用率。 太陽能電池板有兩個自由度。采用光敏電阻光強比較法構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，控制機構(gòu)將分別對水平方向與垂直方向進行調(diào)整?？刂撇呗圆捎秒p位控制，將同樣的光敏電阻（設(shè)計中將光敏電阻與滑變相連，通過在垂直光照下調(diào)節(jié)滑變校正兩個光敏電阻間的誤差）分別置于電池板側(cè)面東西南北方向，單片機將對AD采樣進來的電阻上的電壓信號進行判斷，電壓有增大和減小兩種可能，如電壓增大，則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動，一旦電壓減小，單片機將立即發(fā)出信號，讓電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電池板對太陽的垂直跟蹤。天黑或陰天時，AD采集電壓低于一定值，單片機休眠，以減少功耗，當(dāng)天亮?xí)r，電壓增強，單片機由外部中斷喚醒。 本設(shè)計機械設(shè)計部分采用立柱轉(zhuǎn)動式，基于簡單易安裝的要求，設(shè)想主要由底座、驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、減速機構(gòu)、電池板固定框架等構(gòu)成（但受現(xiàn)實條件限制，模型暫改由木質(zhì)支架）。整個跟蹤器的結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較高。傳動裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)動架下。受到了較好的保護，提高了傳動裝置的壽命。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：隨著社會的快速發(fā)展，各種污染嚴重，能源短缺，太陽能作為一種新能源，取之不盡且具有節(jié)能環(huán)保雙重特點，對太陽能的有效利用符合可持續(xù)發(fā)展社會大趨勢。不管哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的集熱裝置能始終保持與太陽光垂直，并且收集更多方向上的太陽光，那么，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。基于太陽能以上優(yōu)勢，創(chuàng)作出了本次試驗設(shè)計。本設(shè)計以小模型太陽能電池板為例，只需更換相應(yīng)元器件，便可將其應(yīng)用于各種大型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。 基本思路：本設(shè)計采用光敏電阻光強比較法實現(xiàn)電池板對太陽的垂直跟蹤，該系統(tǒng)是以單片機為核心，外加光敏電阻傳感設(shè)備，步進電機驅(qū)動，使太陽能電池板始終垂直于太陽入射光線，從而提高太陽能的吸收效率
科學(xué)性、先進性
- 本設(shè)計的依托主體---太陽能是一種新型能源，具有潔凈、方便、無盡等方面優(yōu)勢； 本設(shè)計采用雙軸跟蹤技術(shù)，彌補了其他太陽能跟蹤的短板，可實現(xiàn)電池板對太陽光的垂直跟蹤，實現(xiàn)太陽能利用率的最大化。 本設(shè)計的核心元件STC12C5A60S2單片機，內(nèi)含8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，功耗低，抗干擾能力強，且價格低廉。與傳統(tǒng)模塊采用運放電路相比，本設(shè)計電壓采集部分采用AD轉(zhuǎn)換器，更加精確可靠，能耗低。 本設(shè)計以最簡潔的電路實現(xiàn)了太陽能電池板對太陽的垂直跟蹤，眾所周知，電路越簡單，穩(wěn)定性越高，魯棒性越強。 本設(shè)計機械部分采用立柱式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動范圍東西、南北0-180度，可實現(xiàn)無死區(qū)全角度轉(zhuǎn)動。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2010年獲得河北大學(xué)第十二屆“英利杯”電子設(shè)計大賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型，現(xiàn)場展示，圖片，視頻
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 社會發(fā)展越來越快，對能源的需求越來越高，相信太陽能的利用范圍會越來越廣，而利用太陽能發(fā)電將是太陽能利用的主要方面，而我國在太陽跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用方面還存在很多空白，遠遠低于發(fā)達國家，所以本設(shè)計必然有廣闊的市場前景和應(yīng)用價值。 本次設(shè)計的太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單價格低廉、擁有較高的穩(wěn)定性、跟蹤精度高，對太陽能的利用效率高等特點，必然會有極大的發(fā)展?jié)摿Α? 理論分析表明，太陽能電池板垂直跟蹤與非跟蹤相比，發(fā)電效率可提高37.7%，顯而易見，其環(huán)境效益與經(jīng)濟效益必然是巨大的。
同類課題研究水平概述
- 太陽追蹤系統(tǒng)中實現(xiàn)追蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運動軌跡追蹤；前者是閉環(huán)的隨機系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。按追蹤的方向，又分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤。 目前，國外對于太陽光線自動跟蹤裝置(或稱為太陽跟蹤器)的研究有，美國在1997年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié)，接收器對太陽能的熱接收率提高了15%。1998年美國加州成功的研究了八JM兩軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多能量，使熱收率進一步提高。2002年2月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。1994年在德國北部，太陽能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽能跟蹤裝置。捷克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過日照溫度的變化實現(xiàn)了單軸被動式太陽跟蹤。 近幾年來國內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。1992 年推出了太陽灶自動跟蹤系統(tǒng)。1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單軸跟蹤，國家氣象局計量站在1990 年研制了FST型全自動太陽跟蹤器，成功的應(yīng)用于太陽輻射觀測。但在可用于發(fā)電的太陽能光伏領(lǐng)域的研究還比較落后，不論是在應(yīng)用和研究上都還存在很大的空白。 本作品運用的是光電追蹤方式的閉環(huán)隨動系統(tǒng)，利用步進電機實現(xiàn)控制，實現(xiàn)了雙軸跟蹤。
