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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 太陽能電池板雙軸自動(dòng)追蹤系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)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(dòng)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(dòng)暫停工作，系統(tǒng)通過判斷采樣時(shí)的兩次太陽光強(qiáng)度來決定是否改變采樣時(shí)間間隔,降低了因不斷采樣以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)而消耗的電能.同時(shí)在風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)采取二級(jí)保護(hù)措施。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文對(duì)太陽能電池板雙軸自動(dòng)追蹤系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。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(hào)。然后，此信號(hào)與電池板的姿態(tài)信號(hào)在PLC系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行比較后輸出電機(jī)動(dòng)作信號(hào)進(jìn)而使東西方向的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)電池板在東西方向的姿態(tài)，同時(shí)南北方向的電機(jī)也轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)電池板在南北方向的姿態(tài)，最終達(dá)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(dòng)。使光照始終與太陽能電池板保持垂直,進(jìn)而最大化的接收太陽能。同時(shí)，在極端天氣下（如連續(xù)陰雨，日食等現(xiàn)象），要暫停電機(jī)等工作，僅留下測量系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)工作，以及時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電池板轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)力過大時(shí)要對(duì)系統(tǒng)采取二級(jí)保護(hù)措施。
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： 本研究設(shè)計(jì)追日性能良好的太陽能電池板雙軸自動(dòng)追蹤系統(tǒng)，使太陽能電池板在南北、東西兩個(gè)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(hào)。然后，此信號(hào)與電池板的姿態(tài)信號(hào)在PLC系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行比較后輸出電機(jī)動(dòng)作信號(hào)進(jìn)而使東西方向的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)電池板在東西方向的姿態(tài)，同時(shí)南北方向的電機(jī)也轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)電池板在南北方向的姿態(tài)，最終達(dá)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(dòng)。使光照始終與太陽能電池板保持垂直,進(jìn)而最大化的接收太陽能。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、自動(dòng)選擇最優(yōu)采樣時(shí)間間隔,達(dá)到最小耗電與最大發(fā)電。 2、采用雙軸跟蹤系統(tǒng)對(duì)太陽光進(jìn)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(shí),電機(jī)停轉(zhuǎn),并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行二級(jí)保護(hù)。 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(jī)載荷與驅(qū)動(dòng)、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(dòng)選擇最優(yōu)采樣時(shí)間間隔提高發(fā)電效率。 5、風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)采取二級(jí)保護(hù)措施。 主要技術(shù)指標(biāo)： 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(jí)：8級(jí)。 5、電池功率: 不小于10kw。
科學(xué)性、先進(jìn)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(dòng)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(dòng)跟蹤，而南北方向則通過手動(dòng)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(jì)了雙軸太陽能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)。 系統(tǒng)開始工作后,首先會(huì)進(jìn)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(gè)步進(jìn)角的角度,然后電機(jī)停止工作,此時(shí)太陽正對(duì)著太陽。如果開始的時(shí)候是背向太陽的,系統(tǒng)會(huì)給出一個(gè)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(gè)問題就是,電池板有可能轉(zhuǎn)到盡頭而瑣死,這個(gè)時(shí)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(shí),電池板反轉(zhuǎn)的指令。
獲獎(jiǎng)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明： 安裝使用后,根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況設(shè)定一個(gè)合適的采樣時(shí)間間隔,這樣能較少對(duì)設(shè)定值改正。設(shè)定好后就可以直接投入使用，選好地點(diǎn)后安裝好即可。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 雙軸型隨動(dòng)式太陽能電池板通過判斷采樣時(shí)的兩次太陽光強(qiáng)度來決定是否改變采樣時(shí)間間隔。這樣就提高了發(fā)電效率，同時(shí)降低了因不斷采樣以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)而消耗的電能。 雙軸太陽能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)對(duì)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(jià)格低廉,同時(shí)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(kuò)展系統(tǒng)中,還可以進(jìn)行其它方面的控制與測量,如風(fēng)力、溫度、電池狀況、負(fù)載變化等。因此,本系統(tǒng)還擁有一定的擴(kuò)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(dòng)追蹤系統(tǒng)，能及時(shí)的跟蹤太陽，盡可能的提高太陽能的利用率，在實(shí)時(shí)性、低功耗方面亦均有所提高，所以我們所設(shè)計(jì)的太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)有較好的市場前景和經(jīng)濟(jì)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(shì)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(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問題 ,這就對(duì)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(dòng)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(dòng)跟蹤，而南北方向則還是固定不動(dòng)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(dá)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(jìn)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(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。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤(程序控制)，是根據(jù)太陽的實(shí)際運(yùn)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(shí)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(jià)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(shí)，傳感器發(fā)出偏差信號(hào)，經(jīng)放大、運(yùn)算后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使跟蹤裝置重新對(duì)準(zhǔn)太陽光。這種跟蹤方式的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高；缺點(diǎn)是受天氣影響大，陰雨天則無法對(duì)準(zhǔn)太陽，甚至引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。
