基本信息
- 項目名稱：
- 智能化太陽能電池板自動尋日控制系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 智能化太陽能電池板自動尋日控制系統(tǒng)綜合光電追蹤和視日運動軌跡追蹤兩種算法，硬件上采用MSP430超低功耗16位單片機作為控制核心，先后根據(jù)時鐘時間、檢測的光照強度值，通過步進電機驅(qū)動水平、俯仰兩個自由度，從而使太陽能電池板與太陽光垂直，實現(xiàn)太陽精確追蹤，從而提高了太陽能的采集效率。無線射頻傳輸模塊可將環(huán)境的光強、溫度、蓄電池電量等數(shù)據(jù)實時傳送給上位機，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。
- 詳細介紹：
- 采用MSP430超低功耗16位單片機作為控制核心設(shè)計了一種智能化太陽能追蹤采集系統(tǒng)，綜合光電追蹤和視日運動軌跡追蹤方式。該系統(tǒng)對機械裝置中水平、俯仰兩個自由度的步進電機進行驅(qū)動，先是根據(jù)時鐘時間調(diào)整硅電池板到預(yù)定位置，再根據(jù)檢測的光照強度系列值，把太陽能電池板精確調(diào)整到光照最強處，提高了處理速度和追蹤的精度，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。同時利用單片機的AD12模數(shù)轉(zhuǎn)換器實時監(jiān)測充電電池電量狀態(tài)。另外，系統(tǒng)具有無線射頻傳輸模塊，可以把系統(tǒng)采集來的時鐘時間、溫度、光強、電量狀態(tài)等信息傳輸?shù)缴衔粰C，實現(xiàn)遠距離實時監(jiān)控。 該系統(tǒng)由無線數(shù)據(jù)發(fā)送及控制端、無線數(shù)據(jù)接受端和機械裝置端三大部分組成，又可細分為微控制模塊，電機控制模塊，光強檢測模塊，溫度檢測模塊，太陽能充電模塊，實時時鐘模塊，無線射頻模塊，電源電路模塊，液晶顯示模塊，串行通信模塊，鍵盤控制模塊11個功能模塊。
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
- 設(shè)計目的： 太陽能是一種理想的可再生能源，我國把開發(fā)利用太陽能作為一項國家可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。理論分析表明:跟蹤式與定點式的太陽能發(fā)電裝置相比，其能量的接收率可提高35%，而目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10％～20％。 為此，我們綜合了光電追蹤和視日運動軌跡追蹤兩種算法，設(shè)計了智能化太陽能電池板自動尋日控制系統(tǒng)。 基本思路： 系該系統(tǒng)由無線數(shù)據(jù)發(fā)送及控制端、無線數(shù)據(jù)接受端和機械裝置端三大部分組成，由微控制模塊等11個功能模塊組成。 創(chuàng)新點： 1、采用msp430超低功耗16位單片機，降低能耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理速度。 2、利用雙步進電機對太陽能電池板的方位角、俯仰角進行調(diào)整，實現(xiàn)精確定位。 3、綜合光電追蹤和視日運動軌跡追蹤 4、通過無線射頻通信實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控 技術(shù)關(guān)鍵： 1、采用視日運動軌跡追蹤和光電追蹤相結(jié)合的算法，減少控制器運算時間，提高處理速度，提高了太陽能采集效率。 2、系統(tǒng)配備無線射頻傳輸模塊，可以把系統(tǒng)采集的時間、溫度等信息傳輸?shù)缴衔粰C，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。 主要技術(shù)指標： 額定電壓 DC 12V 太陽方位角運行角度：0°--360° 太陽高度角調(diào)整角度：0°--360° 電機功率：2W--15W 太陽能電池板功率：1W 跟蹤精度：±1° 步進電機步距角：0.9° nRF905無線射頻模塊工作頻道：433/868/915MHz
科學性、先進性
- 鄭小年等人介紹了太陽跟蹤的幾種常見方法,并介紹了地平坐標系雙軸跟蹤方式的具體應(yīng)用實例。目前，國內(nèi)常用的光電跟蹤有重力式、電磁式和電動式,這些光電跟蹤裝置都使用光敏傳感器，如硅光電管。 趙志剛等人設(shè)計了基于CMOS圖像傳感器ADC—2121的全自動便攜式太陽輻射計,此方法具有定位精度高、可自由規(guī)定零點等優(yōu)點,具有很好的應(yīng)用性。 趙麗偉設(shè)計了光電跟蹤和太陽角度跟蹤相結(jié)合的方式,在晴天時系統(tǒng)采用光電跟蹤,陰天時進入太陽角度進行跟蹤。 關(guān)繼文等人介紹了采用軟件算法和傳感器檢測控制結(jié)合的高精度太陽能跟蹤控制器設(shè)計與實現(xiàn)的方法。 夏江濤采用高性能的放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及精密步進系統(tǒng),構(gòu)建基于四象限探測器的雙軸機械式自動跟蹤定位裝置。 參考以上文獻，同時在充分的市場調(diào)研、實地考察，項目團隊設(shè)計了智能化太陽能電池板自動尋日控制系統(tǒng)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.2011年4月18日，在南京中網(wǎng)衛(wèi)星通信股份有限公司進行實驗鑒定，測試結(jié)果良好，通過該單位認證。（企業(yè)推薦材料一份） 2.2011年4月14日，在南京信息工程大學學科樓S414進行實驗測試，得到陳文俊、趙廣濤等三位專家（所在單位為中船重工集團公司第七二四研究所）的認可。（專家推薦材料一份）
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)+授權(quán)使用+后期維護
作品可展示的形式
- ■實物、產(chǎn)品 ■圖紙 ■現(xiàn)場演示 ■圖片 ■錄像
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
- 使用說明： 系統(tǒng)上電開機以后，由于所處地理位置和時間季節(jié)的不同，且系統(tǒng)機械裝置的隨意放置，首先系統(tǒng)會自動檢測，調(diào)整太陽能電池板的方向角和俯仰角，再進一步的微調(diào)使太陽光線垂直入射太陽能電池板，并以此點作為基準點進入工作模式。第一次上電運行系統(tǒng)會要求輸入時間，然后系統(tǒng)就進入了正常工作模式。 作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢： 1.實現(xiàn)對太陽的全天候追蹤 2.可遠程監(jiān)控 3.通過太陽能電池板充電，在系統(tǒng)斷電情況下鋰電池可作備用電池 適用范圍： 1、南京信息工程大學自動氣象觀測站的供電系統(tǒng)。 2、民用系統(tǒng)：家用小型發(fā)電系統(tǒng)、游牧民族生活用電。 3、公共基礎(chǔ)設(shè)施供電如：太陽能路燈、高速公路LED屏等。 推廣前景、市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測： 太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在世界范圍內(nèi)以驚人的速度增長，進入21世紀以來年均增長率高達36.6％，2002年全球光伏產(chǎn)業(yè)銷售額約35億美元,2012年預(yù)計超過275億美元。 目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10％～20％。
同類課題研究水平概述
- 1、國外太陽能跟蹤研究現(xiàn)狀 2002年2月美國亞利桑那大學推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，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。捷克科學院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過日照溫度的變化實現(xiàn)了單軸被動式太陽跟蹤。2006年2月，Acciona 太陽能公司建立的被稱為西班牙最大的太陽能電站設(shè)施開始投入使用，整個設(shè)施由400個太陽跟蹤托盤，14400個電池板組成。這些太陽跟蹤托盤設(shè)計結(jié)構(gòu)為全年每天根據(jù)太陽不同的位置跟蹤陽光，與通常固定的平面系統(tǒng)相比，這種托盤設(shè)計可以增加35 %的能源產(chǎn)出量。在歐美國家現(xiàn)在有較成熟的主動式全方位太陽跟蹤技術(shù)及產(chǎn)品。 2、國內(nèi)太陽能跟蹤現(xiàn)狀 國內(nèi)常用的光電跟蹤有重力式、電磁式和電動式，這些光電跟蹤裝置都使用光敏傳感器如硅光電管。光電追蹤的靈敏高，但受天氣的影響較大。也有視日運動軌跡跟蹤，包括單軸和雙軸兩種。 近幾年，開始研究、開發(fā)和利用新能源，國內(nèi)一些太陽能利用研究機構(gòu)，例如，中國科學研究院電工研究所，中國科學技術(shù)大學，廣州能源研究所，中山大學太陽能系統(tǒng)研究所，華中科技大學，上海交通大學等，也在不斷深入對太陽跟蹤技術(shù)進行研究，例如，中科院電工研究所劉四洋等設(shè)計了一套主動式雙軸太陽跟蹤控制器。 國家氣象計量站研制的FST型全自動太陽跟蹤器采用傳感器定位和太陽運行軌跡定位相結(jié)合的設(shè)計彌補了赤道架型太陽跟蹤器的缺點，具有全自動、全天候、跟蹤精度高等優(yōu)點，充分保證了太陽輻射觀測的需要，大大減輕了觀測人員的勞動強度。華中科技大學能源與動力工程學院王尚文等提出了一種新型混合雙軸太陽自動跟蹤裝置，是一種藕合程序跟蹤和傳感器跟蹤的混合跟蹤系統(tǒng)，即第一級用程序控制跟蹤，第二級采用傳感器跟蹤校正。 3、現(xiàn)階段國內(nèi)外研究綜述 就現(xiàn)階段國內(nèi)外對太陽跟蹤的研究情況來看，由于受太陽能應(yīng)用系統(tǒng)成本的影響，普遍采用半自動單軸跟蹤方式。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏轉(zhuǎn)換效率的提高，太陽跟蹤裝置的研究會朝著全自動太陽跟蹤的方向發(fā)展。全自動跟蹤太陽裝置是根據(jù)地平坐標、雙軸跟蹤原理，采用光、機、電一體化技術(shù)，通過對太陽光強弱的檢測，實現(xiàn)對太陽的全自動跟蹤，能做到同步無偏差地跟蹤太陽，大大提高了太陽能的接收效率。
