基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能電池板雙軸自動追蹤系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 太陽能電池板雙軸自動追蹤系統(tǒng)，通過在南北方向與東西方向的分別調(diào)節(jié),太陽能電池板始終保持太陽板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，從而充分利用豐富的太陽能資源。在極端天氣下,使控制系統(tǒng)自動暫停工作，系統(tǒng)通過判斷采樣時的兩次太陽光強度來決定是否改變采樣時間間隔,降低了因不斷采樣以及驅(qū)動電機而消耗的電能.同時在風(fēng)力過強時，對系統(tǒng)采取二級保護措施。
- 詳細介紹：
- 本文對太陽能電池板雙軸自動追蹤系統(tǒng)進行了設(shè)計。首先，通過測量裝置的檢測，給出太陽在東西方向和南北方向的方位信號。然后，此信號與電池板的姿態(tài)信號在PLC系統(tǒng)內(nèi)進行比較后輸出電機動作信號進而使東西方向的電機轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)電池板在東西方向的姿態(tài)，同時南北方向的電機也轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)電池板在南北方向的姿態(tài)，最終達到太陽能電池板與太陽光垂直的目的。這樣太陽能電池板就不僅能在東西方向上追蹤太陽，也能在南北方向上隨著太陽的位置轉(zhuǎn)動。使光照始終與太陽能電池板保持垂直,進而最大化的接收太陽能。同時，在極端天氣下（如連續(xù)陰雨，日食等現(xiàn)象），要暫停電機等工作，僅留下測量系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)工作，以及時控制電機轉(zhuǎn)動帶動電池板轉(zhuǎn)動。風(fēng)力過大時要對系統(tǒng)采取二級保護措施。
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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
- 目的： 本研究設(shè)計追日性能良好的太陽能電池板雙軸自動追蹤系統(tǒng)，使太陽能電池板在南北、東西兩個方向追蹤太陽，提高太陽能利用率。 基本思路: 首先，通過測量裝置的檢測，給出太陽在東西方向和南北方向的方位信號。然后，此信號與電池板的姿態(tài)信號在PLC系統(tǒng)內(nèi)進行比較后輸出電機動作信號進而使東西方向的電機轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)電池板在東西方向的姿態(tài)，同時南北方向的電機也轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)電池板在南北方向的姿態(tài)，最終達到太陽能電池板與太陽光垂直的目的。這樣太陽能電池板就不僅能在東西方向上追蹤太陽，也能在南北方向上隨著太陽的位置轉(zhuǎn)動。使光照始終與太陽能電池板保持垂直,進而最大化的接收太陽能。 創(chuàng)新點： 1、自動選擇最優(yōu)采樣時間間隔,達到最小耗電與最大發(fā)電。 2、采用雙軸跟蹤系統(tǒng)對太陽光進行跟蹤,在東西方向上和南北方向上與太陽方向保持一致。 3.極端天氣條件下,最大程度的降低耗電。 4.風(fēng)力過大時,電機停轉(zhuǎn),并對系統(tǒng)進行二級保護。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、太陽定位與太陽能電池板姿態(tài)控制。 2、電機載荷與驅(qū)動、控制性能與安全。 3、極端天氣下太陽能電池板姿態(tài)控制。 4、自動選擇最優(yōu)采樣時間間隔提高發(fā)電效率。 5、風(fēng)力過強時，對系統(tǒng)采取二級保護措施。 主要技術(shù)指標： 1、載荷：大于12 kg。 2、旋轉(zhuǎn)角度：東西方向不小于175o,南北方向不小于75o。 3、消耗功率：0～5w。 4、抗風(fēng)等級：8級。 5、電池功率: 不小于10kw。
科學(xué)性、先進性
- 研究表明，單軸太陽能追蹤系統(tǒng)比固定式系統(tǒng)能增加20％的功率輸出，而太陽能電池板雙軸自動追蹤系統(tǒng)比固定式系統(tǒng)能增加40％的功率輸出。 我國在1997年研制了單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié),這樣給太陽能發(fā)電的推廣帶來了極大的困難。為此,本文設(shè)計了雙軸太陽能自動追蹤系統(tǒng)。 系統(tǒng)開始工作后,首先會進行兩次采樣,用來判斷電池板是向著太陽旋轉(zhuǎn)還是背著太陽旋轉(zhuǎn)。如果電池板開始的是向著太陽旋轉(zhuǎn),這種情況下程序給出繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的指令,當(dāng)某次采樣后,發(fā)現(xiàn)電壓相比上次采樣的結(jié)果有所減少,PLC立刻給出指令,讓電池板反向旋轉(zhuǎn)一個步進角的角度,然后電機停止工作,此時太陽正對著太陽。如果開始的時候是背向太陽的,系統(tǒng)會給出一個反向旋轉(zhuǎn)的指令,使其朝向太陽旋轉(zhuǎn),剩余的步驟同上一種情況。 在南北方向上的跟蹤原理和步驟與東西方向的完全一致,但是需要注意一個問題就是,電池板有可能轉(zhuǎn)到盡頭而瑣死,這個時候采樣電壓保持不變。因此需要在程序中加入當(dāng)采樣電壓不變時,電池板反轉(zhuǎn)的指令。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
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
- 圖片、圖紙
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： 安裝使用后,根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況設(shè)定一個合適的采樣時間間隔,這樣能較少對設(shè)定值改正。設(shè)定好后就可以直接投入使用，選好地點后安裝好即可。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 雙軸型隨動式太陽能電池板通過判斷采樣時的兩次太陽光強度來決定是否改變采樣時間間隔。這樣就提高了發(fā)電效率，同時降低了因不斷采樣以及驅(qū)動電機而消耗的電能。 雙軸太陽能自動追蹤系統(tǒng)對太陽能的利用率比常規(guī)性太陽能電池高40%,較單軸式系統(tǒng)高出20%.本系統(tǒng)采用PLC控制。PLC控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定,價格低廉,同時結(jié)構(gòu)簡單,指令少。PLC內(nèi)部ADC的輸入只用了一路,在其擴展系統(tǒng)中,還可以進行其它方面的控制與測量,如風(fēng)力、溫度、電池狀況、負載變化等。因此,本系統(tǒng)還擁有一定的擴展性。 市場前景及效益： 在當(dāng)前的條件下發(fā)電效率高的太陽能電池必將在市面上有很大影響。太陽能自動追蹤系統(tǒng)，能及時的跟蹤太陽，盡可能的提高太陽能的利用率，在實時性、低功耗方面亦均有所提高，所以我們所設(shè)計的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)有較好的市場前景和經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 太陽能以其不竭性和環(huán)保優(yōu)勢已成為當(dāng)今國內(nèi)外最具發(fā)展前景的新能源之一。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的問題 ,這就對太陽能的收集和利用裝置提出了更高的要求。 一、1994年《太陽能》雜志介紹的單軸液壓自動跟蹤器，完成了單向跟蹤, 單軸跟蹤只是在方位角跟蹤太陽，完成了東西方向的自動跟蹤，而南北方向則還是固定不動的,太陽能利用率較低。在1997年我國也研制了單軸太陽跟蹤器，接收器的接收效率有了一定的提高,但和西方發(fā)達國家相比還有一定的差距。1998年美國加州成功的研究了ATM雙軸跟蹤器，并在太陽能面板上裝有集中陽光的透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使效率進一步提高。 二、2002年2月美國亞利桑那大學(xué)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。視日運動軌跡跟蹤(程序控制)，是根據(jù)太陽的實際運行軌跡按預(yù)定的程序調(diào)整跟蹤裝置跟蹤太陽。這種跟蹤方式能夠全天候?qū)崟r跟蹤，其精度不高。 相關(guān)理論分析表明：太陽的雙軸跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差40%，精確的跟蹤太陽可使接收器的熱接收效率大大提高，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域。該雙軸裝置按預(yù)定的位置調(diào)整太陽能電池板朝向，結(jié)構(gòu)簡單、不必人工干預(yù)，特別適合天氣變化比較復(fù)雜和無人值守的情況，有效地提高了太陽能裝置的太陽能利用率，有較好的推廣應(yīng)用價值。 三、傳感器跟蹤是利用光電傳感器檢測太陽光是否偏離電池板法線，當(dāng)太陽光偏離電池板法線時，傳感器發(fā)出偏差信號，經(jīng)放大、運算后控制執(zhí)行機構(gòu)，使跟蹤裝置重新對準太陽光。這種跟蹤方式的優(yōu)點是靈敏度高；缺點是受天氣影響大，陰雨天則無法對準太陽，甚至引起執(zhí)行機構(gòu)的誤動作。
