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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
斜單軸式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
在全球資源日益匱乏的今天，新能源的發(fā)展被逐漸提上日程，尤其是太陽(yáng)能的利用一直備受人們的青睞。為提高太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率本作品采用斜單軸類(lèi)混合控制跟蹤方式，具有自適應(yīng)互補(bǔ)跟蹤、光強(qiáng)環(huán)境智能化判斷、跟蹤精度高、控制簡(jiǎn)單穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，能夠做到間歇性準(zhǔn)確跟蹤。本裝置可應(yīng)用于分布式太陽(yáng)能電池板、在野外地區(qū)的用電設(shè)備、研究設(shè)備等、用于替換中小型光伏發(fā)電廠(chǎng)固定式太陽(yáng)能電池板等。
詳細(xì)介紹：
在全球資源日益匱乏的今天，新能源的發(fā)展被逐漸提上日程，尤其是太陽(yáng)能的利用一直備受人們的青睞。隨著光伏發(fā)電材料—單晶/多晶硅等的問(wèn)世，轉(zhuǎn)換效率雖有所提高，但在工程實(shí)踐中電池板的利用率卻始終維持在一個(gè)較低水平，利用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)構(gòu)成的跟蹤系統(tǒng)，使電池板間歇地垂直對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)光線(xiàn)，讓電池板的轉(zhuǎn)換效率盡量提高，本作品采用斜單軸類(lèi)混合控制跟蹤方式，機(jī)械上使用南北水平方向單軸跟蹤（俯仰角可調(diào)），具有自適應(yīng)互補(bǔ)跟蹤、光強(qiáng)環(huán)境智能化判斷、跟蹤精度高、控制簡(jiǎn)單穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，能夠做到間歇性準(zhǔn)確跟蹤。本裝置可應(yīng)用于分布式太陽(yáng)能電池板、在野外地區(qū)的用電設(shè)備、研究設(shè)備等、用于替換中小型光伏發(fā)電廠(chǎng)固定式太陽(yáng)能電池板等，從我們赴云南實(shí)地調(diào)研情況來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)才在真正意義上逐漸重視起來(lái)，太陽(yáng)能的合理利用必將具有廣闊的前景，市場(chǎng)潛力巨大，我們的裝置結(jié)合工程實(shí)際，順應(yīng)國(guó)家政策和市場(chǎng)的發(fā)展需求，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

作品圖片

  • 斜單軸式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置
  • 斜單軸式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置
  • 斜單軸式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置
  • 斜單軸式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置
  • 斜單軸式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置

作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

一、設(shè)計(jì)、發(fā)明目的：使太陽(yáng)能電池板對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率。 二、基本思路：分析太陽(yáng)能電池板裝換效率低的原因，主要有：①由于太陽(yáng)能電池板輸出特性是明顯的非線(xiàn)性，極易受到外部環(huán)境的影響（日照強(qiáng)度，溫度，負(fù)載），而太陽(yáng)能電池板固定放置決定了一天之內(nèi)受照射的平均量很低②而其他自動(dòng)跟蹤裝置增加了大量組件，雖然提高了能量轉(zhuǎn)化效率，但成本卻很高。針對(duì)這兩點(diǎn)，我們?cè)诠潭ㄊ教?yáng)能電池板的基礎(chǔ)上改變機(jī)械結(jié)構(gòu)，增加少量組件，利用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)構(gòu)成跟蹤閉環(huán)系統(tǒng)，讓太陽(yáng)能電池板自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)的入射光線(xiàn)，使電池板的轉(zhuǎn)換效率盡量提高。 三、創(chuàng)新點(diǎn)：1、簡(jiǎn)單的封閉式機(jī)械結(jié)構(gòu)，高穩(wěn)固程度，易加工，耗材少，受外界環(huán)境影響低；2、低成本的光電跟蹤電路，能夠做到間歇性準(zhǔn)確跟蹤；3、混合式控制方式（時(shí)鐘+光電）自適應(yīng)互補(bǔ)跟蹤，光強(qiáng)環(huán)境的智能判斷（低于某光強(qiáng)時(shí)電機(jī)不動(dòng)作），能夠自動(dòng)化地使能量恰當(dāng)?shù)乇蛔畲蠡?，而不浪費(fèi)多的能量給自身能耗。 四、技術(shù)關(guān)鍵:在間歇性跟蹤上保證跟蹤不出現(xiàn)累積誤差，跟蹤速度迅速，跟蹤后能迅速停止，不產(chǎn)生多余動(dòng)作耗能。在天氣改變或者季節(jié)改變影響到電池板裝換效率時(shí)，能夠判斷一些不利情況，從跟蹤方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄊ綔p少能耗。 五、主要技術(shù)指標(biāo)： 使用條件：溫度-25℃--80℃； 單片機(jī)、光筒，DS1302，額定電壓5V； 角度傳感器：輸入電壓5V，工作電壓3.3V； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊額定電壓： 12V； 最大功耗：24mW+電機(jī)模塊5W； 最小功耗：20mW電機(jī)模塊0W。

科學(xué)性、先進(jìn)性

根據(jù)我們赴昆明石林太陽(yáng)能大型并網(wǎng)光伏實(shí)驗(yàn)示范電站實(shí)際調(diào)研得知，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)光伏發(fā)電廠(chǎng)是使用固定式的太陽(yáng)能電池安裝方式，只有小部分使用跟蹤裝置，而且對(duì)于分布式的太陽(yáng)能電池是固定放置的。 現(xiàn)有研究中，跟蹤結(jié)構(gòu)上就是固定式，單軸，雙軸，而固定式主要是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本不高，維護(hù)簡(jiǎn)單，但是轉(zhuǎn)換效率較低；雙軸的跟蹤精度是最高的，當(dāng)然太陽(yáng)板做到的轉(zhuǎn)換效率也是提升最大的，但是控制算法復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝復(fù)雜，器件的多樣化帶來(lái)整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，能耗加大，維護(hù)上更是麻煩。我們使用的斜單軸跟蹤方式，雖然在跟蹤精度沒(méi)有雙軸那么高，成本上卻不會(huì)比在固定式的基礎(chǔ)上增加很多；轉(zhuǎn)換效率跟雙軸相比只是低了少許，但是結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，穩(wěn)固，受環(huán)境的影響大大降低，維護(hù)上比起雙軸結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)少了很多。如此來(lái)看，我們的作品從工程使用的角度上，性?xún)r(jià)比是十分可觀(guān)的。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

1、論文《太陽(yáng)能電池自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研究與改進(jìn)》于2011年3月5日在期刊<<電源技術(shù)應(yīng)用>>（中國(guó)電源學(xué)會(huì)會(huì)刊）上公開(kāi)發(fā)表。 2、2011年3月在三峽大學(xué)第八屆“求索杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲科技發(fā)明制作類(lèi)第一名。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專(zhuān)利權(quán)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

1、實(shí)物、產(chǎn)品 3、現(xiàn)場(chǎng)演示 5、錄像 6、樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

一、使用說(shuō)明：確定安裝位置后，將電池板朝向正東方，調(diào)節(jié)機(jī)械滑桿一定角度，使電池板能夠與冬季的太陽(yáng)軌跡處于一個(gè)垂直的平面內(nèi)。安放完畢后就可以開(kāi)始使用。 二、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定度高，受環(huán)境干擾??；2、跟蹤精度高；3、較高的擴(kuò)展空間，可移植性強(qiáng) ）；4、自身功耗低，可以自動(dòng)復(fù)位，在光強(qiáng)低導(dǎo)致電壓過(guò)低的時(shí)候可以自動(dòng)停止電機(jī)工作，處于待機(jī)狀態(tài)；5、性?xún)r(jià)比高；6、能夠做到自適應(yīng)跟蹤 三、作品的適應(yīng)范圍：應(yīng)用于分布式太陽(yáng)能電池板、在野外地區(qū)的用電設(shè)備、研究設(shè)備等、用于替換中小型光伏發(fā)電廠(chǎng)固定式太陽(yáng)能電池板等。 四、推廣前景：由于市場(chǎng)需要的是具有較高的性?xún)r(jià)比，能夠解決工程實(shí)際需求的產(chǎn)品，我們的裝置具有以上優(yōu)勢(shì)，完全符合市場(chǎng)要求。而新能源的利用本來(lái)就有一個(gè)廣闊的前景，市場(chǎng)巨大，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)才真正意義上逐漸重視起來(lái)。我們的產(chǎn)品結(jié)合工程實(shí)際，順應(yīng)市場(chǎng)和政策的發(fā)展需要，經(jīng)濟(jì)效益必定會(huì)有很大的上升空間。

同類(lèi)課題研究水平概述

太陽(yáng)能電池板的跟蹤方式有兩種：一種是單軸式跟蹤、另一種是雙軸式跟蹤。 美國(guó)在1997年研制了單軸太陽(yáng)能跟蹤，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，使接收器的熱接收率提高15%。在有些太陽(yáng)能設(shè)備中，如點(diǎn)聚焦式接收裝置，則只能采用雙軸跟蹤系統(tǒng)。雙軸跟蹤系統(tǒng)可用于任何一種太陽(yáng)能系統(tǒng)來(lái)提高其運(yùn)行效率。1998年美國(guó)加州成功的研究了ATM雙軸跟蹤器，并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的涅耳透鏡，這樣可以讓小塊的太陽(yáng)能面板硅收集更多的能量，使熱接受率進(jìn)一步提高。 2002年2月美國(guó)那里桑大學(xué)推出了新型太陽(yáng)能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤，采用鋁型材框結(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。之后提出了一種復(fù)雜的控制電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的閉環(huán)跟蹤。他們得到的結(jié)論是采用雙軸閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)可使接收器的熱接收率提高22%。 還有一種適用于多種接收器的跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了模擬和數(shù)字技術(shù)，通過(guò)太陽(yáng)光敏晶體管傳感器的信號(hào)調(diào)整位置追蹤太陽(yáng)，跟蹤精度可達(dá)0.1度。主要跟蹤方法有兩種：一種是根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，研制定時(shí)跟蹤系統(tǒng)，以時(shí)間為控制量的裝置，缺點(diǎn)是精度不夠。第二種跟蹤方法是光感應(yīng)跟蹤，光感應(yīng)跟蹤的問(wèn)題是光感應(yīng)材料的成本高、可靠性不夠、技術(shù)難度大，并且易受外部環(huán)境干擾的影響。定時(shí)跟蹤由于成本低，目前已經(jīng)成功地應(yīng)用在商業(yè)運(yùn)作上。美國(guó)加利福尼亞莫哈韋地沙漠地區(qū)的太陽(yáng)能電站就是運(yùn)用該方法跟蹤。 在國(guó)內(nèi)近年來(lái)也有不少專(zhuān)家學(xué)者相繼開(kāi)展了太陽(yáng)能跟蹤方面的研究，1992推出了太陽(yáng)灶自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，1994年《太陽(yáng)能》雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器，完成了單軸跟蹤。目前國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用還在一個(gè)慢慢進(jìn)步的過(guò)程中，國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)跟蹤器的精度以及器件使用，開(kāi)發(fā)開(kāi)銷(xiāo)巨大也是需要解決的問(wèn)題。 現(xiàn)在光伏發(fā)電的太陽(yáng)能電池矩陣考慮到經(jīng)濟(jì)效益，建造較早的就直接固定朝向，據(jù)我們?cè)谠颇鲜〉恼{(diào)研得知，國(guó)家很早開(kāi)始提倡新能源，但大部分都只是停留在政策上，真正運(yùn)用于工程實(shí)際的研究性成果不多，我國(guó)大部分光伏發(fā)電廠(chǎng)還是使用固定式的，極少部分使用跟蹤，主要的跟蹤系統(tǒng)是靠視日運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)跟蹤的。這樣的跟蹤雖然能夠在大方位上跟蹤太陽(yáng)，但是這畢竟是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定性及精度都不高。
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