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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 主動(dòng)式太陽(yáng)能智能追光裝置的研究
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 太陽(yáng)能作為綠色新能源，是未來(lái)能源發(fā)展的重點(diǎn)，但是太陽(yáng)能最大的缺點(diǎn)就是能量密度比較低，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能自動(dòng)追光裝置，本裝置采用嵌入式技術(shù)，用GPS獲取當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度和UTC時(shí)間，再由太陽(yáng)高度計(jì)算公式計(jì)算出太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角兩個(gè)物理量，核心模塊驅(qū)動(dòng)水平和垂直兩路步進(jìn)電機(jī)校正太陽(yáng)能收集裝置的位置，使之與太陽(yáng)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(xì)介紹：
- 太陽(yáng)能作為綠色新能源，以其經(jīng)濟(jì)、清潔、環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)有著其它能源不可替代的優(yōu)勢(shì)。 當(dāng)前太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)正成為我國(guó)政府的重點(diǎn)扶持對(duì)象。是當(dāng)前及未來(lái)能源發(fā)展的重點(diǎn)。 目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)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(duì)能源的利用率較低;少數(shù)采用傳感器與渦輪蝸桿技術(shù)進(jìn)行追光產(chǎn)品的可靠性差，且價(jià)格較高?？朔陨喜蛔阄覀冇腥缦聝?yōu)勢(shì)：采用嵌入式程序控制，不用任何傳感器即可精確追蹤太陽(yáng)位置；機(jī)械結(jié)構(gòu)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(yáng)能追光機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入新的發(fā)展階段。 本裝置采用嵌入式技術(shù)，用GPS獲取當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度和UTC時(shí)間，再由太陽(yáng)高度計(jì)算公式計(jì)算出太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角兩個(gè)物理量，核心模塊驅(qū)動(dòng)水平和垂直兩路步進(jìn)電機(jī)校正太陽(yáng)能收集裝置的位置，使之與太陽(yáng)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(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)
- 太陽(yáng)能作為綠色新能源，是未來(lái)能源發(fā)展的重點(diǎn)，而現(xiàn)有產(chǎn)品采用固定的太陽(yáng)能電池板，在太陽(yáng)能的采集方面效率低，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了主動(dòng)式太陽(yáng)能智能追光裝臵。 由于在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)地球的公轉(zhuǎn)軌道是嚴(yán)格已知的，本裝臵利用地方時(shí)和緯度精確地計(jì)算出太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角兩個(gè)量，通過(guò)機(jī)械控制部分對(duì)太陽(yáng)能設(shè)備進(jìn)行姿態(tài)的調(diào)整實(shí)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(hào)獲得，對(duì)太陽(yáng)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(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，最后控制步進(jìn)電機(jī)使太陽(yáng)能裝臵完成追光動(dòng)作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，太陽(yáng)能裝臵主要采用固定式安裝或采用光學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)追光。采用固定式安裝的產(chǎn)品太陽(yáng)能的采集及利用率較低，性價(jià)比不高。而采用光學(xué)傳感器技術(shù)的產(chǎn)品雖然可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(duì)光學(xué)傳感器的靈敏度影響非常大，時(shí)間一長(zhǎng)，使追光的效果逐漸降低，同時(shí)現(xiàn)有的大部分追光產(chǎn)品使用的都是蝸輪蝸桿的機(jī)械，機(jī)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(shù)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能裝臵對(duì)太陽(yáng)的時(shí)時(shí)追蹤。該作品突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)與顯著進(jìn)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(shí)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(shí)加入的TFT屏、無(wú)線模塊等人性化設(shè)計(jì)，突出以人為本的理念，方便用戶的使用與維護(hù)，本作品還采用了先進(jìn)的“兩端輸出逆止高效活齒減速器”減速裝臵，其傳動(dòng)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(wú)回程差。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2007年11月——我校第十二屆世紀(jì)杯特等獎(jiǎng) 2008年3月——我校大學(xué)生科研立項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目 2008年5月——以本作品為核心產(chǎn)品的《華夏風(fēng)光互補(bǔ)有限公司創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書》曾獲得“挑戰(zhàn)杯”2008河北省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽二等獎(jiǎng) 2008年11月——我校第十三屆世紀(jì)杯特等獎(jiǎng) 2009年5月——“挑戰(zhàn)杯”2009河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng) 2007年——至今，本課題始終得到我?！啊痢潦‰娏﹄娮庸?jié)能與傳動(dòng)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的持續(xù)支持
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作
作品可展示的形式
- 樣品、現(xiàn)場(chǎng)演示、模型、圖紙、圖片、錄像
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)
- 本作品最大的優(yōu)勢(shì)是智能追光，適合所有使用太陽(yáng)能設(shè)備。 太陽(yáng)能等可再生能源日益受到重視，整個(gè)行業(yè)處于快速發(fā)展的上升期，在中國(guó)，光伏產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)速度每年超過(guò) 30%。以本作品為技術(shù)支撐的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以廣泛地應(yīng)用在政府基礎(chǔ)公共設(shè)施建設(shè)（如路燈照明、城市亮化、交通信號(hào)及遠(yuǎn)郊公路、高速公路等場(chǎng)所的照明）、國(guó)有大中型企業(yè)形象建設(shè)、第三產(chǎn)業(yè)美化（包括旅游、物業(yè)等）及太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能灶等。 本作品將以技術(shù)入股的形式與企業(yè)合作，在市場(chǎng)上推廣，推動(dòng)太陽(yáng)能行業(yè)的發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 目前，國(guó)內(nèi)的民用太陽(yáng)能裝臵絕大部分采用固定式安裝，很少一部分采用光學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)追光。 采用固定式安裝的產(chǎn)品不能根據(jù)太陽(yáng)位臵的變化調(diào)整太陽(yáng)能裝臵的姿態(tài)，從而太陽(yáng)能的采集及利用率較低，尤其在早晨和傍晚，太陽(yáng)能的利用率幾乎為 0，長(zhǎng)遠(yuǎn)投資成本大，性價(jià)比較低。 而采用光學(xué)傳感器技術(shù)的產(chǎn)品雖然可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(duì)光學(xué)傳感器的靈敏度影響非常大，時(shí)間一長(zhǎng)，使追光的效果逐漸降低，還要花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)整個(gè)追光過(guò)程電機(jī)都要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)有產(chǎn)品大部分采用蝸輪蝸桿的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)效率較低，系統(tǒng)本身對(duì)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(shè)備大多安裝在衛(wèi)星、航天飛機(jī)等軍工級(jí)設(shè)備上。國(guó)外的追光技術(shù)比較成熟，如奧運(yùn)會(huì)沙灘排球場(chǎng)使用的西班牙一家公司的技術(shù)生產(chǎn)的追光裝臵，但成本很高且對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)行技術(shù)壟斷。
