基本信息
- 项目名称：
- 太阳能电池板自动捕光系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 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
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。
