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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 實(shí)用型全景式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的實(shí)時(shí)性全方位高精度智能跟蹤
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著社會(huì)的高度發(fā)展，全球能源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重。能源專家預(yù)測(cè)，再過(guò)幾十年，全球的煤炭石油資源必將枯竭！伴隨著環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等問(wèn)題日益嚴(yán)重，全世界都已把“低碳經(jīng)濟(jì)”提為日常議程。加之日本地震使人們對(duì)核能產(chǎn)生強(qiáng)烈恐懼，太陽(yáng)能以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)正成為各國(guó)爭(zhēng)相研究發(fā)展的重點(diǎn)對(duì)象。對(duì)于太陽(yáng)能電池板的光伏發(fā)電，理論與實(shí)踐分析表明：與傳統(tǒng)固定式太陽(yáng)能接受設(shè)備相比，始終與太陽(yáng)光保持垂直的接受設(shè)備的能量利用效率至少可提高37%！基于此，我們團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)查、分析、實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新發(fā)明了一種新型全景式太陽(yáng)能傳感模塊，將搜集的光強(qiáng)信息通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)進(jìn)行處理，由單片機(jī)輸出控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)接收板對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行全方位的跟蹤。作品結(jié)構(gòu)上采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，具有良好的自鎖性能，大大提高了抗風(fēng)雨能力?？刂品矫娌捎瞄]環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了較高的對(duì)準(zhǔn)精度。本作品可廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電、聚熱式聚光式發(fā)電、天文研究等。從傳感器到整體構(gòu)架等各方面的設(shè)計(jì)，我們都融入了團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了作品的高效性、實(shí)用性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
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)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明目的：為了有效的解決當(dāng)前太陽(yáng)能開發(fā)利用面臨的“接收效率低”這一難題，我們希望設(shè)計(jì)出一套高效、低成本、實(shí)用性強(qiáng)的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)，以迎合國(guó)家十二五規(guī)劃中“建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)”的要求以及“低碳經(jīng)濟(jì)”的社會(huì)理念。我們的理念——讓太陽(yáng)能造福人類。 基本思路：通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種全新理念的全景式太陽(yáng)能傳感模塊，將光電信息通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)進(jìn)行處理，由單片機(jī)輸出控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)接收板對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行全方位的跟蹤（像向日葵追蹤太陽(yáng)一樣）。為節(jié)省工作能耗，設(shè)計(jì)了智能省電工作方式；為了提升抗風(fēng)雨性能，在機(jī)械傳動(dòng)方面采用具有良好反向自鎖性能的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。 創(chuàng)新點(diǎn)：通過(guò)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的全景式傳感模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)的全方位跟蹤，不用考慮地理位置和天氣變化等外界因素所帶來(lái)的干擾；而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)糾錯(cuò)功能，同時(shí)結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)上的優(yōu)良方案，使系統(tǒng)更加高效、穩(wěn)定；根據(jù)太陽(yáng)的運(yùn)行特點(diǎn)，加入了智能省電工作模式，大大節(jié)省了工作電能的消耗；為增加系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，還加入了角度傳感模塊。因此，這套作品不僅簡(jiǎn)單實(shí)用，穩(wěn)定性高，而且成本低，節(jié)能性突出。 技術(shù)關(guān)鍵：光照強(qiáng)度微辨析；運(yùn)動(dòng)的三維微控調(diào)整；動(dòng)態(tài)跟蹤自鎖定位 技術(shù)指標(biāo)：跟蹤范圍：全方位；跟蹤角精度：0.05-0.15度;太陽(yáng)能利用率與非跟蹤系統(tǒng)相比高出30%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：隨著有限化石能源的消耗以及人們對(duì)核能、水能等具有潛在威脅性能源的聲討，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展深入人心并有著良好的市場(chǎng)前景。 先進(jìn)性：分析目前國(guó)內(nèi)外各類太陽(yáng)能跟蹤裝置，基本上存在跟蹤范圍小、精度低、成本高、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。而與之相比，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要有以下三個(gè)突出優(yōu)勢(shì)： 1）范圍廣 使用地區(qū)范圍廣； 使用范圍廣：本系統(tǒng)可以用于光伏發(fā)電，也可用于太陽(yáng)能集熱式集光式發(fā)電，還可以用于天文科學(xué)研究等； 跟蹤范圍廣：本系統(tǒng)為兩軸系統(tǒng)，全方位跟蹤，跟蹤范圍超過(guò)太陽(yáng)出現(xiàn)范圍，完全符合各地區(qū)使用要求。 2）成本低廉 簡(jiǎn)練的外圍電路和該類產(chǎn)品必備的減速電機(jī)。 3）穩(wěn)定實(shí)用 機(jī)械結(jié)構(gòu)上蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的良好自鎖性能，提高了抗風(fēng)雨能力。閉環(huán)控制證了精度；整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)；加入了位置傳感模塊，并有系統(tǒng)出錯(cuò)自動(dòng)糾正功能，整個(gè)系統(tǒng)便已集中聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制。 4）節(jié)能性突出 根據(jù)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、時(shí)段、天氣、應(yīng)用場(chǎng)合、精度要求，設(shè)計(jì)了智能省電模式，減少不必要的電能消耗。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.省“挑戰(zhàn)杯”特等獎(jiǎng); 2.學(xué)校“挑戰(zhàn)杯”特等獎(jiǎng); 3.學(xué)院“挑戰(zhàn)杯”特等獎(jiǎng);
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 作為專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 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)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1．范圍廣1）.使用地區(qū)范圍；2）.使用范圍廣；3）.跟蹤范圍廣；2．成本低廉3．穩(wěn)定實(shí)用4．節(jié)能性突出 適用范圍：本作品可適用于像太陽(yáng)能電池板、集熱式發(fā)電、集光式發(fā)電等各種太陽(yáng)能接收設(shè)備。從太陽(yáng)能發(fā)電站到天文研究都有巨大的使用空間。 推廣前景：中國(guó)作為一個(gè)太陽(yáng)能資源相當(dāng)豐富的國(guó)家，在低碳經(jīng)濟(jì)成為日常話題的今天，大力發(fā)展我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)有著舉足輕重的意義。而國(guó)家“十二五規(guī)劃”、《可再生能源法》、《上網(wǎng)電價(jià)法》的實(shí)施，將大大促進(jìn)光伏電系統(tǒng)在邊遠(yuǎn)地區(qū)的推廣和城市并網(wǎng)發(fā)電，以及超大規(guī)模沙漠電站的應(yīng)用。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益說(shuō)明：如今傳統(tǒng)能源即將枯竭，溫室效益日益嚴(yán)重的狀況下，發(fā)展新能源毋容置疑，尤其是太陽(yáng)能備受關(guān)注。而本作品可適用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電站、碟式聚熱式聚光式發(fā)電站、發(fā)射站、野外工作站等基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用，我們的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，國(guó)外對(duì)于太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤裝置(或稱為太陽(yáng)跟蹤器)的研究有。美國(guó)加州曾成功研究了ATM兩軸跟蹤器，并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽(yáng)能面板硅收集更多的能量，使熱收率進(jìn)一步提高。Joel.H.Goodman研制了活動(dòng)太陽(yáng)能方位跟蹤裝置，該裝置通過(guò)大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽(yáng)能接收器可從東到西跟蹤太陽(yáng)，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽(yáng)能收集器可以從東到西跟蹤太陽(yáng)，以提高夏季能量的獲取率。2002年2月美國(guó)亞利桑那大學(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。在德國(guó)北部，太陽(yáng)能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽(yáng)能跟蹤裝置岡。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(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。 2009年2月，首臺(tái)太陽(yáng)能發(fā)電自動(dòng)跟蹤儀模型亮相安徽蕪湖，該設(shè)備通過(guò)多個(gè)攝像頭定位太陽(yáng)的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。 目前，有保定市科諾偉業(yè)公司研發(fā)的單軸、雙軸跟蹤式太陽(yáng)能發(fā)電站開始問(wèn)世，該發(fā)電站的太陽(yáng)能電池板像向日葵一樣跟蹤太陽(yáng)，增強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能輻射的接收，可使發(fā)電效率提高20%--40%。
