基本信息
- 项目名称：
- 太阳能电池板双轴自动追踪系统
- 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：
- 太阳能电池板双轴自动追踪系统，通过在南北方向与东西方向的分别调节,太阳能电池板始终保持太阳板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，从而充分利用丰富的太阳能资源。在极端天气下,使控制系统自动暂停工作，系统通过判断采样时的两次太阳光强度来决定是否改变采样时间间隔,降低了因不断采样以及驱动电机而消耗的电能.同时在风力过强时，对系统采取二级保护措施。
- 详细介绍：
- 本文对太阳能电池板双轴自动追踪系统进行了设计。首先，通过测量装置的检测，给出太阳在东西方向和南北方向的方位信号。然后，此信号与电池板的姿态信号在PLC系统内进行比较后输出电机动作信号进而使东西方向的电机转动来调节电池板在东西方向的姿态，同时南北方向的电机也转动来调节电池板在南北方向的姿态，最终达到太阳能电池板与太阳光垂直的目的。这样太阳能电池板就不仅能在东西方向上追踪太阳，也能在南北方向上随着太阳的位置转动。使光照始终与太阳能电池板保持垂直,进而最大化的接收太阳能。同时，在极端天气下（如连续阴雨，日食等现象），要暂停电机等工作，仅留下测量系统及PLC控制系统工作，以及时控制电机转动带动电池板转动。风力过大时要对系统采取二级保护措施。
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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： 本研究设计追日性能良好的太阳能电池板双轴自动追踪系统，使太阳能电池板在南北、东西两个方向追踪太阳，提高太阳能利用率。 基本思路: 首先，通过测量装置的检测，给出太阳在东西方向和南北方向的方位信号。然后，此信号与电池板的姿态信号在PLC系统内进行比较后输出电机动作信号进而使东西方向的电机转动来调节电池板在东西方向的姿态，同时南北方向的电机也转动来调节电池板在南北方向的姿态，最终达到太阳能电池板与太阳光垂直的目的。这样太阳能电池板就不仅能在东西方向上追踪太阳，也能在南北方向上随着太阳的位置转动。使光照始终与太阳能电池板保持垂直,进而最大化的接收太阳能。 创新点： 1、自动选择最优采样时间间隔,达到最小耗电与最大发电。 2、采用双轴跟踪系统对太阳光进行跟踪,在东西方向上和南北方向上与太阳方向保持一致。 3.极端天气条件下,最大程度的降低耗电。 4.风力过大时,电机停转,并对系统进行二级保护。 技术关键： 1、太阳定位与太阳能电池板姿态控制。 2、电机载荷与驱动、控制性能与安全。 3、极端天气下太阳能电池板姿态控制。 4、自动选择最优采样时间间隔提高发电效率。 5、风力过强时，对系统采取二级保护措施。 主要技术指标： 1、载荷：大于12 kg。 2、旋转角度：东西方向不小于175o,南北方向不小于75o。 3、消耗功率：0～5w。 4、抗风等级：8级。 5、电池功率: 不小于10kw。
科学性、先进性
- 研究表明，单轴太阳能追踪系统比固定式系统能增加20％的功率输出，而太阳能电池板双轴自动追踪系统比固定式系统能增加40％的功率输出。 我国在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,这样给太阳能发电的推广带来了极大的困难。为此,本文设计了双轴太阳能自动追踪系统。 系统开始工作后,首先会进行两次采样,用来判断电池板是向着太阳旋转还是背着太阳旋转。如果电池板开始的是向着太阳旋转,这种情况下程序给出继续旋转的指令,当某次采样后,发现电压相比上次采样的结果有所减少,PLC立刻给出指令,让电池板反向旋转一个步进角的角度,然后电机停止工作,此时太阳正对着太阳。如果开始的时候是背向太阳的,系统会给出一个反向旋转的指令,使其朝向太阳旋转,剩余的步骤同上一种情况。 在南北方向上的跟踪原理和步骤与东西方向的完全一致,但是需要注意一个问题就是,电池板有可能转到尽头而琐死,这个时候采样电压保持不变。因此需要在程序中加入当采样电压不变时,电池板反转的指令。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片、图纸
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
- 使用说明： 安装使用后,根据当地实际情况设定一个合适的采样时间间隔,这样能较少对设定值改正。设定好后就可以直接投入使用，选好地点后安装好即可。 技术特点和优势： 双轴型随动式太阳能电池板通过判断采样时的两次太阳光强度来决定是否改变采样时间间隔。这样就提高了发电效率，同时降低了因不断采样以及驱动电机而消耗的电能。 双轴太阳能自动追踪系统对太阳能的利用率比常规性太阳能电池高40%,较单轴式系统高出20%.本系统采用PLC控制。PLC控制系统性能稳定,价格低廉,同时结构简单,指令少。PLC内部ADC的输入只用了一路,在其扩展系统中,还可以进行其它方面的控制与测量,如风力、温度、电池状况、负载变化等。因此,本系统还拥有一定的扩展性。 市场前景及效益： 在当前的条件下发电效率高的太阳能电池必将在市面上有很大影响。太阳能自动追踪系统，能及时的跟踪太阳，尽可能的提高太阳能的利用率，在实时性、低功耗方面亦均有所提高，所以我们所设计的太阳能自动跟踪系统有较好的市场前景和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今国内外最具发展前景的新能源之一。但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题 ,这就对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。 一、1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪, 单轴跟踪只是在方位角跟踪太阳，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则还是固定不动的,太阳能利用率较低。在1997年我国也研制了单轴太阳跟踪器，接收器的接收效率有了一定的提高,但和西方发达国家相比还有一定的差距。1998年美国加州成功的研究了ATM双轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。 二、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。视日运动轨迹跟踪(程序控制)，是根据太阳的实际运行轨迹按预定的程序调整跟踪装置跟踪太阳。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不高。 相关理论分析表明：太阳的双轴跟踪与非跟踪，能量的接收率相差40%，精确的跟踪太阳可使接收器的热接收效率大大提高，拓宽了太阳能的利用领域。该双轴装置按预定的位置调整太阳能电池板朝向，结构简单、不必人工干预，特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况，有效地提高了太阳能装置的太阳能利用率，有较好的推广应用价值。 三、传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光是否偏离电池板法线，当太阳光偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大、运算后控制执行机构，使跟踪装置重新对准太阳光。这种跟踪方式的优点是灵敏度高；缺点是受天气影响大，阴雨天则无法对准太阳，甚至引起执行机构的误动作。
