基本信息
- 项目名称：
- 实用型全景式太阳能自动跟踪系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 实现对太阳的实时性全方位高精度智能跟踪
- 详细介绍：
- 随着社会的高度发展，全球能源危机越来越严重。能源专家预测，再过几十年，全球的煤炭石油资源必将枯竭！伴随着环境污染、温室效应等问题日益严重，全世界都已把“低碳经济”提为日常议程。加之日本地震使人们对核能产生强烈恐惧，太阳能以其独特的优点正成为各国争相研究发展的重点对象。对于太阳能电池板的光伏发电，理论与实践分析表明：与传统固定式太阳能接受设备相比，始终与太阳光保持垂直的接受设备的能量利用效率至少可提高37%！基于此，我们团队通过调查、分析、实验，创新发明了一种新型全景式太阳能传感模块，将搜集的光强信息通过模数转换送入单片机进行处理，由单片机输出控制信号，经驱动模块驱动接收板对太阳光进行全方位的跟踪。作品结构上采用涡轮蜗杆机构，具有良好的自锁性能，大大提高了抗风雨能力。控制方面采用闭环控制，实现了较高的对准精度。本作品可广泛应用于光伏发电、聚热式聚光式发电、天文研究等。从传感器到整体构架等各方面的设计，我们都融入了团队的设计理念，实现了作品的高效性、实用性、稳定性和经济性。
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
- 设计发明目的：为了有效的解决当前太阳能开发利用面临的“接收效率低”这一难题，我们希望设计出一套高效、低成本、实用性强的太阳能跟踪系统，以迎合国家十二五规划中“建设资源节约型，环境友好型社会”的要求以及“低碳经济”的社会理念。我们的理念——让太阳能造福人类。 基本思路：通过创新设计出一种全新理念的全景式太阳能传感模块，将光电信息通过模数转换送入单片机进行处理，由单片机输出控制信号，经驱动电路驱动电机带动接收板对太阳光进行全方位的跟踪（像向日葵追踪太阳一样）。为节省工作能耗，设计了智能省电工作方式；为了提升抗风雨性能，在机械传动方面采用具有良好反向自锁性能的蜗轮蜗杆机构。 创新点：通过自主创新设计的全景式传感模块实现了对太阳的全方位跟踪，不用考虑地理位置和天气变化等外界因素所带来的干扰；而且系统设计了自动纠错功能，同时结合机械结构上的优良方案，使系统更加高效、稳定；根据太阳的运行特点，加入了智能省电工作模式，大大节省了工作电能的消耗；为增加系统工作稳定性，还加入了角度传感模块。因此，这套作品不仅简单实用，稳定性高，而且成本低，节能性突出。 技术关键：光照强度微辨析；运动的三维微控调整；动态跟踪自锁定位 技术指标：跟踪范围：全方位；跟踪角精度：0.05-0.15度;太阳能利用率与非跟踪系统相比高出30%。
科学性、先进性
- 科学性：随着有限化石能源的消耗以及人们对核能、水能等具有潜在威胁性能源的声讨，太阳能产业的发展深入人心并有着良好的市场前景。 先进性：分析目前国内外各类太阳能跟踪装置，基本上存在跟踪范围小、精度低、成本高、稳定性差等缺点。而与之相比，我们设计的系统主要有以下三个突出优势： 1）范围广 使用地区范围广； 使用范围广：本系统可以用于光伏发电，也可用于太阳能集热式集光式发电，还可以用于天文科学研究等； 跟踪范围广：本系统为两轴系统，全方位跟踪，跟踪范围超过太阳出现范围，完全符合各地区使用要求。 2）成本低廉 简练的外围电路和该类产品必备的减速电机。 3）稳定实用 机械结构上蜗轮蜗杆机构的良好自锁性能，提高了抗风雨能力。闭环控制证了精度；整套系统结构简单，易于维护；加入了位置传感模块，并有系统出错自动纠正功能，整个系统便已集中联网自动控制。 4）节能性突出 根据太阳的运动规律、时段、天气、应用场合、精度要求，设计了智能省电模式，减少不必要的电能消耗。
获奖情况及鉴定结果
- 1.省“挑战杯”特等奖; 2.学校“挑战杯”特等奖; 3.学院“挑战杯”特等奖;
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 作为专利转让
作品可展示的形式
- 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品
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
- 技术特点和优势： 1．范围广1）.使用地区范围；2）.使用范围广；3）.跟踪范围广；2．成本低廉3．稳定实用4．节能性突出 适用范围：本作品可适用于像太阳能电池板、集热式发电、集光式发电等各种太阳能接收设备。从太阳能发电站到天文研究都有巨大的使用空间。 推广前景：中国作为一个太阳能资源相当丰富的国家，在低碳经济成为日常话题的今天，大力发展我国的太阳能产业有着举足轻重的意义。而国家“十二五规划”、《可再生能源法》、《上网电价法》的实施，将大大促进光伏电系统在边远地区的推广和城市并网发电，以及超大规模沙漠电站的应用。 市场分析和经济效益说明：如今传统能源即将枯竭，温室效益日益严重的状况下，发展新能源毋容置疑，尤其是太阳能备受关注。而本作品可适用于太阳能光伏发电站、碟式聚热式聚光式发电站、发射站、野外工作站等基础设施上的应用，我们的自动跟踪系统具有极其广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 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。美国加州曾成功研究了ATM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的能量，使热收率进一步提高。Joel.H.Goodman研制了活动太阳能方位跟踪装置，该装置通过大直径回转台使太阳能接收器可从东到西跟踪太阳，这个方位跟踪器具有大直径的轨迹，通风窗体是白昼光照鼓膜结构窗体，窗体上面是圆顶结构，成排的太阳能收集器可以从东到西跟踪太阳，以提高夏季能量的获取率。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。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冈。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。 2009年2月，首台太阳能发电自动跟踪仪模型亮相安徽芜湖，该设备通过多个摄像头定位太阳的位置，实现对太阳的跟踪。 目前，有保定市科诺伟业公司研发的单轴、双轴跟踪式太阳能发电站开始问世，该发电站的太阳能电池板像向日葵一样跟踪太阳，增强了对太阳能辐射的接收，可使发电效率提高20%--40%。
