主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
太阳能电池板自动捕光系统
小类:
机械与控制
简介:
太阳的跟踪与非跟踪,能量的接收率相差37.7%,精确的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高,进而提高了太阳能装置的太阳能利用率,拓宽了太阳能的利用领域。 本系统通过光敏电阻光强比较法,采用光敏电阻、STC12C5A60S2系列单片机、步进电机等器件,实现了太阳能电池板对光照的实时双轴垂直跟踪,可应用与光伏发电系统,从而实现太阳能的最大利用率。
详细介绍:
本系统通过光敏电阻光强比较法,采用光敏电阻、STC12C5A60S2系列单片机、步进电机等器件,实现了太阳能电池板对光照的实时双轴垂直跟踪,可应用与光伏发电系统,从而实现太阳能的最大利用率。 太阳能电池板有两个自由度。采用光敏电阻光强比较法构成闭环系统,控制机构将分别对水平方向与垂直方向进行调整。控制策略采用双位控制,将同样的光敏电阻(设计中将光敏电阻与滑变相连,通过在垂直光照下调节滑变校正两个光敏电阻间的误差)分别置于电池板侧面东西南北方向,单片机将对AD采样进来的电阻上的电压信号进行判断,电压有增大和减小两种可能,如电压增大,则让电池板继续转动,一旦电压减小,单片机将立即发出信号,让电机反转,实现电池板对太阳的垂直跟踪。天黑或阴天时,AD采集电压低于一定值,单片机休眠,以减少功耗,当天亮时,电压增强,单片机由外部中断唤醒。 本设计机械设计部分采用立柱转动式,基于简单易安装的要求,设想主要由底座、驱动电机、联轴器、减速机构、电池板固定框架等构成(但受现实条件限制,模型暂改由木质支架)。整个跟踪器的结构紧凑,刚度较高。传动装置设置在转动架下。受到了较好的保护,提高了传动装置的寿命。

作品图片

  • 太阳能电池板自动捕光系统

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目的:随着社会的快速发展,各种污染严重,能源短缺,太阳能作为一种新能源,取之不尽且具有节能环保双重特点,对太阳能的有效利用符合可持续发展社会大趋势。不管哪种太阳能利用设备,如果它的集热装置能始终保持与太阳光垂直,并且收集更多方向上的太阳光,那么,它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。基于太阳能以上优势,创作出了本次试验设计。本设计以小模型太阳能电池板为例,只需更换相应元器件,便可将其应用于各种大型太阳能发电系统。 基本思路:本设计采用光敏电阻光强比较法实现电池板对太阳的垂直跟踪,该系统是以单片机为核心,外加光敏电阻传感设备,步进电机驱动,使太阳能电池板始终垂直于太阳入射光线,从而提高太阳能的吸收效率

科学性、先进性

本设计的依托主体---太阳能是一种新型能源,具有洁净、方便、无尽等方面优势; 本设计采用双轴跟踪技术,弥补了其他太阳能跟踪的短板,可实现电池板对太阳光的垂直跟踪,实现太阳能利用率的最大化。 本设计的核心元件STC12C5A60S2单片机,内含8路10位高速A/D转换,功耗低,抗干扰能力强,且价格低廉。与传统模块采用运放电路相比,本设计电压采集部分采用AD转换器,更加精确可靠,能耗低。 本设计以最简洁的电路实现了太阳能电池板对太阳的垂直跟踪,众所周知,电路越简单,稳定性越高,鲁棒性越强。 本设计机械部分采用立柱式结构,转动范围东西、南北0-180度,可实现无死区全角度转动。

获奖情况及鉴定结果

本作品在2010年获得河北大学第十二届“英利杯”电子设计大赛一等奖

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

一次性转让

作品可展示的形式

模型,现场展示,图片,视频

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

社会发展越来越快,对能源的需求越来越高,相信太阳能的利用范围会越来越广,而利用太阳能发电将是太阳能利用的主要方面,而我国在太阳跟踪系统的应用方面还存在很多空白,远远低于发达国家,所以本设计必然有广阔的市场前景和应用价值。 本次设计的太阳能电池板自动跟踪系统由于其结构简单价格低廉、拥有较高的稳定性、跟踪精度高,对太阳能的利用效率高等特点,必然会有极大的发展潜力。 理论分析表明,太阳能电池板垂直跟踪与非跟踪相比,发电效率可提高37.7%,显而易见,其环境效益与经济效益必然是巨大的。

同类课题研究水平概述

太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多,但是不外乎采用如下两种方式:一种是光电追踪方式,另一种是根据视日运动轨迹追踪;前者是闭环的随机系统,后者是开环的程控系统。按追踪的方向,又分为单轴跟踪和双轴跟踪。 目前,国外对于太阳光线自动跟踪装置(或称为太阳跟踪器)的研究有,美国在1997年研制了单轴太阳跟踪器,完成了东西方向的自动跟踪,而南北方向则通过手动调节,接收器对太阳能的热接收率提高了15%。1998年美国加州成功的研究了八JM两轴跟踪器,并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜,这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多能量,使热收率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置,该装置利用控制电机完成跟踪,采用铝型材框架结构,结构紧凑,重量轻,大大拓宽了跟踪器的应用领域。1994年在德国北部,太阳能厨房投入使用,该厨房也采用了单轴太阳能跟踪装置。捷克科学院物理研究所则以形状记忆合金调节器为基础,通过日照温度的变化实现了单轴被动式太阳跟踪。 近几年来国内不少专家学者也相继开展了这方面的研究。1992 年推出了太阳灶自动跟踪系统。1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器,完成了单轴跟踪,国家气象局计量站在1990 年研制了FST型全自动太阳跟踪器,成功的应用于太阳辐射观测。但在可用于发电的太阳能光伏领域的研究还比较落后,不论是在应用和研究上都还存在很大的空白。 本作品运用的是光电追踪方式的闭环随动系统,利用步进电机实现控制,实现了双轴跟踪。
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