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基本信息
- 項目名稱：
- “向日葵”式太陽能供電系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本設(shè)計目的是提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率，完善太陽能供電系統(tǒng)的監(jiān)測管理，對于光伏發(fā)電的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。該系統(tǒng)以PIC單片機為控制核心，集太陽能電池板、自動跟蹤模塊、蓄電池、防過充過放模塊、監(jiān)控模塊、逆變模塊為一體，實現(xiàn)了自動跟蹤、自動充放電、市電輸出、實時監(jiān)控等功能。本系統(tǒng)成本較低、工作穩(wěn)定可靠，可推廣應(yīng)用。研究工作在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)方面具有十分重要的意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 1、硬件部分： 設(shè)計出一套完整的太陽能供電系統(tǒng)，系統(tǒng)集太陽能電板、太陽能充放電控制器、蓄電池、逆變器以及太陽能自動跟蹤系統(tǒng)為一體。跟蹤系統(tǒng)采用PIC16F877A作為控制芯片，系統(tǒng)板制作時充分考慮布板的合理性和強抗干擾性，保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。同時，我們將控制臺獨立出來，可實現(xiàn)一個控制臺同時控制多臺供電系統(tǒng)，在多臺供電系統(tǒng)同時工作的情況下大大降低了成本。 2、軟件部分： 系統(tǒng)的軟件設(shè)計實現(xiàn)太陽光的自動跟蹤，夜晚系統(tǒng)回到初始位置，進(jìn)入睡眠模式。為了提高控制精度，采用獨立設(shè)計的太陽光傳感器，多次采集取平均值和無窮逼近的方法，不斷調(diào)整太陽能板直至兩路采集的數(shù)據(jù)大小控制在一個極小的誤差范圍內(nèi)。 3、系統(tǒng)框架： 本控制系統(tǒng)包括三大部分：（1）數(shù)據(jù)源，采用光敏電阻實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；（2）控制中心，采用微芯公司的PIC單片機作為控制芯片，主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、發(fā)出調(diào)整命令等；（3）系統(tǒng)終端，由電機驅(qū)動電路、步進(jìn)電機、減速器及太陽能電板組成。 4、工作原理： 太陽能自動跟蹤系統(tǒng)采用光敏電阻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用PIC單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并發(fā)出控制指令，采用步進(jìn)電機帶動太陽能電板實現(xiàn)調(diào)整。為了盡量減少系統(tǒng)本身的耗電，又不會影響實時控制，我們采用定時對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的方法；為減小了測量誤差，提高了控制精度，在軟件設(shè)計時采用多次采集取平均值的方法進(jìn)行數(shù)字濾波。具體說：在單片機（PIC16F877A）中設(shè)置實時時鐘RTC功能，當(dāng)計時到預(yù)設(shè)值時，清零計數(shù)變量并開始對端口RA0和RA1進(jìn)行5次數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)都存放在單片機的文件寄存器內(nèi)，單片機再調(diào)用子程序?qū)山M數(shù)據(jù)求均值，得到兩路的采樣值（ad0和ad1）。當(dāng)采樣值ad0和ad1相等時說明太陽光與太陽能電板相垂直，單片機不發(fā)出控制信號，步進(jìn)電機不轉(zhuǎn)，太陽能電池板不做調(diào)整。而如果太陽光是斜射在太陽能電板上，由于擋板緊挨著光敏電阻，這樣擋板陰影落在光敏電阻上，那么擋板兩側(cè)光敏電阻所受光照強度不同，使光敏電阻兩端的電壓值不同，即ad0和ad1不相等，單片機比較二者的大小，根據(jù)二者值的不同調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)動，使太陽能電板向光照強度較大的一方微微偏轉(zhuǎn)一定角度，實現(xiàn)第一次微調(diào)，然后再次連續(xù)對兩端口多次采樣，并再次調(diào)整電動機，直到兩路的采樣值相等為止，此時太陽能電板正對著太陽，實現(xiàn)太陽光充分采集。調(diào)整結(jié)束后單片機再次進(jìn)入計時狀態(tài)，等待下次的調(diào)整。 為了盡量減少系統(tǒng)本身的耗電，當(dāng)程序查詢兩路的采樣值同時低于一個設(shè)定值時停止自動跟蹤，這就相當(dāng)于跟蹤系統(tǒng)在傍晚或多云陰天等光照強度較弱時是不工作的，系統(tǒng)處于“睡眠”狀態(tài)。另外，當(dāng)光照強度大于設(shè)定值時，縮短定時采樣時間間隔，實現(xiàn)光照強度越強，系統(tǒng)跟蹤越精確的目的。 整個系統(tǒng)實現(xiàn)了最大太陽光光能的轉(zhuǎn)換效率，并在環(huán)保、節(jié)能方面有巨大的優(yōu)勢，有巨大的推廣前景。
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(biāo)
- 1.作品設(shè)計、發(fā)明的目的 由于現(xiàn)代社會能源長期性短缺，尋找可替代能源勢在必行。太陽能是人類未來能源的最佳選擇，因此，我們致力于對“向日葵”式太陽能供電系統(tǒng)進(jìn)行研究，以提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率，并完善對太陽能供電系統(tǒng)的管理。 2.系統(tǒng)主要功能 (1)通過對光線采集比較，驅(qū)動步進(jìn)電機使太陽能電池板實時跟蹤太陽（與太陽光垂直），以提高太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率。 (2)實時監(jiān)控蓄電池的工作情況，能對蓄電池進(jìn)行自動充放電并能防止過充過放。 (3)輸出12V直流電、市電（220V 50Hz），為不同設(shè)備供電。 (4)具備硬件和軟件雙重保護(hù)及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 (5)系統(tǒng)在白天自動跟蹤陽光，在夜晚或陰雨天等光線較弱時處于“睡眠”狀態(tài)。 3.系統(tǒng)主要指標(biāo) (1)太陽能電池板與太陽光的垂直誤差小于1度，當(dāng)太陽能電池板轉(zhuǎn)到極限角度時自動停止轉(zhuǎn)動。 (2)實時監(jiān)測并顯示蓄電池的工作電壓，電壓誤差小于1%，同時當(dāng)蓄電池達(dá)到過充電壓時自動停止充電，當(dāng)蓄電池達(dá)到過放電壓時停止對外供電。 (3)市電輸出電壓誤差不大于2V，頻率誤差不大于1Hz，可滿足日常家電的需要。 (4)與普通的電池板固定供電系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)提高的發(fā)電量可達(dá)25%左右。 (5)系統(tǒng)適應(yīng)各種各樣的天氣狀況，能穩(wěn)定可靠地工作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能利用已是當(dāng)今世界各國開發(fā)和利用新能源，進(jìn)行節(jié)能、環(huán)保的重要研究課題之一。在設(shè)計中我們始終考慮在滿足系統(tǒng)功能的同時，盡量降低系統(tǒng)的成本。為了解決強光下數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確的難題，設(shè)計了獨特的光強傳感器及控制算法，提高了樣本的采集準(zhǔn)確度，增強了轉(zhuǎn)動板的控制精度，降低了系統(tǒng)的負(fù)荷。 為了盡量減少系統(tǒng)本身的耗電，系統(tǒng)設(shè)定了“睡眠”狀態(tài)，即當(dāng)程序查詢兩路的采樣值同時低于一個設(shè)定值時停止跟蹤，這就相當(dāng)于跟蹤系統(tǒng)判斷此時是工作在傍晚或多云陰天等光照強度較弱的情況。當(dāng)光照強度大于某一設(shè)定值時，縮短定時采樣的時間間隔，達(dá)到光照強度越強，系統(tǒng)跟蹤越精確的目的。 系統(tǒng)提供12伏直流和220伏交流電源供不同設(shè)備使用，為了延長蓄電池的使用壽命，設(shè)計了過充過放保護(hù)電路，并且能通過LCD實時觀察監(jiān)控。 整套系統(tǒng)適用于家庭太陽能發(fā)電、城市路燈照明，在海島、山區(qū)以及我國的北方和西部偏遠(yuǎn)地區(qū)具有更廣泛的推廣價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年1月獲第某屆“挑戰(zhàn)杯”某大學(xué)學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲一等獎； 2009年6月獲第某屆“挑戰(zhàn)杯”某省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲一等獎；
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物現(xiàn)場展示、視頻錄像展示
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
- 太陽能產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今全球蓬勃興起的朝陽產(chǎn)業(yè)，太陽能的推廣應(yīng)用日益呈現(xiàn)方興未艾的世界潮流，開發(fā)利用清潔、安全、環(huán)保的太陽能資源正在成為人類社會應(yīng)對日益嚴(yán)峻的能源短缺、環(huán)境污染挑戰(zhàn)的共同選擇和有生力量?！跋蛉湛碧柲芄╇娤到y(tǒng)克服了現(xiàn)有固定太陽能供電系統(tǒng)普遍存在的發(fā)電效率不高，系統(tǒng)管理不完善的不足。在設(shè)計過程中嚴(yán)格控制成本，整套系統(tǒng)成本較低；同時，通過反復(fù)實驗，系統(tǒng)可穩(wěn)定、可靠地運行。本系統(tǒng)有望成為滿足市場要求的產(chǎn)品并具有一定的競爭力。本系統(tǒng)適于如下各種應(yīng)用： (1)作為家庭小型發(fā)電機，滿足一個家庭的生活、娛樂用電。 (2)用于道路照明、城市夜景，比如太陽能路燈、太陽能景觀燈、太陽能戶外廣告牌等。 (3)太陽能警示燈、太陽能交通燈。 (4)通訊工業(yè)是太陽能供電的主要用戶，我們的系統(tǒng)可為通信基站、農(nóng)村電話、光纖和微波傳輸、雙向無線電通訊等供電。 (5)可作為海上小型船只的供電系統(tǒng)。 (6)可作為海上航標(biāo)燈的供電系統(tǒng)。
同類課題研究水平概述
- 我國光伏技術(shù)發(fā)展歷史較短，根據(jù)調(diào)研，目前有程序跟蹤式、定時時鐘式等幾類方案，雖然技術(shù)水平在不斷的提高，價格也有所下降，但以上現(xiàn)有方案仍存在以下幾點的不足： 1、太陽能系統(tǒng)發(fā)電成本，欲與現(xiàn)有的常規(guī)能源相競爭還有很大的差距，在技術(shù)上還有很大的提升空間，價格方面也還遠(yuǎn)沒有達(dá)到能夠讓大眾接受的程度，例如與計算機相結(jié)合的程序跟蹤式系統(tǒng)一直依賴計算機,成本較高，對于獨立小型系統(tǒng)來說不現(xiàn)實。 2、國內(nèi)現(xiàn)有的太陽能供電系統(tǒng)基本采用固定式太陽能電板，無法根據(jù)光能分布情況實現(xiàn)最大化采集，導(dǎo)致發(fā)電效率普遍不高，這也是導(dǎo)致太陽能發(fā)電的性價比不高的一個重要原因，例如目前普遍使用的太陽能熱水器的太陽能板，即是上述的固定式。 3、在太陽能發(fā)電系統(tǒng)的管理方面，由于沒有系統(tǒng)的措施，難以實時了解系統(tǒng)的工作狀況，出現(xiàn)故障時維修缺乏針對性，如大多數(shù)定時時鐘式，雖然電路簡單，但沒有管理系統(tǒng)，降低了該系統(tǒng)調(diào)整的精確度和發(fā)電效率。 基于以上所述的國內(nèi)發(fā)展和研究狀況，我們主要致力于提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率和完善太陽能供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。
