題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 太陽(yáng)能電池板自動(dòng)捕光系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 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)的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差37.7%，精確的跟蹤太陽(yáng)可使接收器的接收效率大大提高，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能裝置的太陽(yáng)能利用率，拓寬了太陽(yáng)能的利用領(lǐng)域。 本系統(tǒng)通過(guò)光敏電阻光強(qiáng)比較法，采用光敏電阻、STC12C5A60S2系列單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等器件，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池板對(duì)光照的實(shí)時(shí)雙軸垂直跟蹤，可應(yīng)用與光伏發(fā)電系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的最大利用率。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)通過(guò)光敏電阻光強(qiáng)比較法，采用光敏電阻、STC12C5A60S2系列單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等器件，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池板對(duì)光照的實(shí)時(shí)雙軸垂直跟蹤，可應(yīng)用與光伏發(fā)電系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的最大利用率。 太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度。采用光敏電阻光強(qiáng)比較法構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，控制機(jī)構(gòu)將分別對(duì)水平方向與垂直方向進(jìn)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(jì)中將光敏電阻與滑變相連，通過(guò)在垂直光照下調(diào)節(jié)滑變校正兩個(gè)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(jī)將對(duì)AD采樣進(jìn)來(lái)的電阻上的電壓信號(hào)進(jìn)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(dòng)，一旦電壓減小，單片機(jī)將立即發(fā)出信號(hào)，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的垂直跟蹤。天黑或陰天時(shí)，AD采集電壓低于一定值，單片機(jī)休眠，以減少功耗，當(dāng)天亮?xí)r，電壓增強(qiáng)，單片機(jī)由外部中斷喚醒。 本設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)部分采用立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式，基于簡(jiǎn)單易安裝的要求，設(shè)想主要由底座、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)構(gòu)、電池板固定框架等構(gòu)成（但受現(xiàn)實(shí)條件限制，模型暫改由木質(zhì)支架）。整個(gè)跟蹤器的結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較高。傳動(dòng)裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)架下。受到了較好的保護(hù)，提高了傳動(dòng)裝置的壽命。
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)
- 目的：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，各種污染嚴(yán)重，能源短缺，太陽(yáng)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(diǎn)，對(duì)太陽(yáng)能的有效利用符合可持續(xù)發(fā)展社會(huì)大趨勢(shì)。不管哪種太陽(yáng)能利用設(shè)備，如果它的集熱裝置能始終保持與太陽(yáng)光垂直，并且收集更多方向上的太陽(yáng)光，那么，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽(yáng)能?；谔?yáng)能以上優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)作出了本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以小模型太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。 基本思路：本設(shè)計(jì)采用光敏電阻光強(qiáng)比較法實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)的垂直跟蹤，該系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，外加光敏電阻傳感設(shè)備，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使太陽(yáng)能電池板始終垂直于太陽(yáng)入射光線，從而提高太陽(yáng)能的吸收效率
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)的依托主體---太陽(yáng)能是一種新型能源，具有潔凈、方便、無(wú)盡等方面優(yōu)勢(shì)； 本設(shè)計(jì)采用雙軸跟蹤技術(shù)，彌補(bǔ)了其他太陽(yáng)能跟蹤的短板，可實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽(yáng)光的垂直跟蹤，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能利用率的最大化。 本設(shè)計(jì)的核心元件STC12C5A60S2單片機(jī)，內(nèi)含8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，且價(jià)格低廉。與傳統(tǒng)模塊采用運(yùn)放電路相比，本設(shè)計(jì)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(jì)以最簡(jiǎn)潔的電路實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池板對(duì)太陽(yáng)的垂直跟蹤，眾所周知，電路越簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性越高，魯棒性越強(qiáng)。 本設(shè)計(jì)機(jī)械部分采用立柱式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍東西、南北0-180度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)死區(qū)全角度轉(zhuǎn)動(dòng)。
獲獎(jiǎng)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(jì)大賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(chǎng)展示，圖片，視頻
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)
- 社會(huì)發(fā)展越來(lái)越快，對(duì)能源的需求越來(lái)越高，相信太陽(yáng)能的利用范圍會(huì)越來(lái)越廣，而利用太陽(yáng)能發(fā)電將是太陽(yáng)能利用的主要方面，而我國(guó)在太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用方面還存在很多空白，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，所以本設(shè)計(jì)必然有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。 本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉、擁有較高的穩(wěn)定性、跟蹤精度高，對(duì)太陽(yáng)能的利用效率高等特點(diǎn)，必然會(huì)有極大的發(fā)展?jié)摿Α? 理論分析表明，太陽(yáng)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(jiàn)，其環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益必然是巨大的。
同類課題研究水平概述
- 太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)軌跡追蹤；前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開(kāi)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(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)在1997年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，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)，接收器對(duì)太陽(yáng)能的熱接收率提高了15%。1998年美國(guó)加州成功的研究了八JM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)能面板硅收集更多能量，使熱收率進(jìn)一步提高。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。1994年在德國(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。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。 近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開(kāi)展了這方面的研究。1992 年推出了太陽(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，國(guó)家氣象局計(jì)量站在1990 年研制了FST型全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤器，成功的應(yīng)用于太陽(yáng)輻射觀測(cè)。但在可用于發(fā)電的太陽(yáng)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(yùn)用的是光電追蹤方式的閉環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)，利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)了雙軸跟蹤。
