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基本信息

項目名稱:
實用型全景式太陽能自動跟蹤系統
小類:
機械與控制
簡介:
實現對太陽的實時性全方位高精度智能跟蹤
詳細介紹:
隨著社會的高度發展,全球能源危機越來越嚴重。能源專家預測,再過幾十年,全球的煤炭石油資源必將枯竭!伴隨著環境污染、溫室效應等問題日益嚴重,全世界都已把“低碳經濟”提為日常議程。加之日本地震使人們對核能產生強烈恐懼,太陽能以其獨特的優點正成為各國爭相研究發展的重點對象。對于太陽能電池板的光伏發電,理論與實踐分析表明:與傳統固定式太陽能接受設備相比,始終與太陽光保持垂直的接受設備的能量利用效率至少可提高37%!基于此,我們團隊通過調查、分析、實驗,創新發明了一種新型全景式太陽能傳感模塊,將搜集的光強信息通過模數轉換送入單片機進行處理,由單片機輸出控制信號,經驅動模塊驅動接收板對太陽光進行全方位的跟蹤。作品結構上采用渦輪蝸桿機構,具有良好的自鎖性能,大大提高了抗風雨能力??刂品矫娌捎瞄]環控制,實現了較高的對準精度。本作品可廣泛應用于光伏發電、聚熱式聚光式發電、天文研究等。從傳感器到整體構架等各方面的設計,我們都融入了團隊的設計理念,實現了作品的高效性、實用性、穩定性和經濟性。

作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

設計發明目的:為了有效的解決當前太陽能開發利用面臨的“接收效率低”這一難題,我們希望設計出一套高效、低成本、實用性強的太陽能跟蹤系統,以迎合國家十二五規劃中“建設資源節約型,環境友好型社會”的要求以及“低碳經濟”的社會理念。我們的理念——讓太陽能造福人類。 基本思路:通過創新設計出一種全新理念的全景式太陽能傳感模塊,將光電信息通過模數轉換送入單片機進行處理,由單片機輸出控制信號,經驅動電路驅動電機帶動接收板對太陽光進行全方位的跟蹤(像向日葵追蹤太陽一樣)。為節省工作能耗,設計了智能省電工作方式;為了提升抗風雨性能,在機械傳動方面采用具有良好反向自鎖性能的蝸輪蝸桿機構。 創新點:通過自主創新設計的全景式傳感模塊實現了對太陽的全方位跟蹤,不用考慮地理位置和天氣變化等外界因素所帶來的干擾;而且系統設計了自動糾錯功能,同時結合機械結構上的優良方案,使系統更加高效、穩定;根據太陽的運行特點,加入了智能省電工作模式,大大節省了工作電能的消耗;為增加系統工作穩定性,還加入了角度傳感模塊。因此,這套作品不僅簡單實用,穩定性高,而且成本低,節能性突出。 技術關鍵:光照強度微辨析;運動的三維微控調整;動態跟蹤自鎖定位 技術指標:跟蹤范圍:全方位;跟蹤角精度:0.05-0.15度;太陽能利用率與非跟蹤系統相比高出30%。

科學性、先進性

科學性:隨著有限化石能源的消耗以及人們對核能、水能等具有潛在威脅性能源的聲討,太陽能產業的發展深入人心并有著良好的市場前景。 先進性:分析目前國內外各類太陽能跟蹤裝置,基本上存在跟蹤范圍小、精度低、成本高、穩定性差等缺點。而與之相比,我們設計的系統主要有以下三個突出優勢: 1)范圍廣 使用地區范圍廣; 使用范圍廣:本系統可以用于光伏發電,也可用于太陽能集熱式集光式發電,還可以用于天文科學研究等; 跟蹤范圍廣:本系統為兩軸系統,全方位跟蹤,跟蹤范圍超過太陽出現范圍,完全符合各地區使用要求。 2)成本低廉 簡練的外圍電路和該類產品必備的減速電機。 3)穩定實用 機械結構上蝸輪蝸桿機構的良好自鎖性能,提高了抗風雨能力。閉環控制證了精度;整套系統結構簡單,易于維護;加入了位置傳感模塊,并有系統出錯自動糾正功能,整個系統便已集中聯網自動控制。 4)節能性突出 根據太陽的運動規律、時段、天氣、應用場合、精度要求,設計了智能省電模式,減少不必要的電能消耗。

獲獎情況及鑒定結果

1.省“挑戰杯”特等獎; 2.學?!疤魬鸨碧氐泉? 3.學院“挑戰杯”特等獎;

作品所處階段

中試階段

技術轉讓方式

作為專利轉讓

作品可展示的形式

實物、產品 模型 圖紙 磁盤 現場演示 圖片 錄像 樣品

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

技術特點和優勢: 1.范圍廣1).使用地區范圍;2).使用范圍廣;3).跟蹤范圍廣;2.成本低廉3.穩定實用4.節能性突出 適用范圍:本作品可適用于像太陽能電池板、集熱式發電、集光式發電等各種太陽能接收設備。從太陽能發電站到天文研究都有巨大的使用空間。 推廣前景:中國作為一個太陽能資源相當豐富的國家,在低碳經濟成為日常話題的今天,大力發展我國的太陽能產業有著舉足輕重的意義。而國家“十二五規劃”、《可再生能源法》、《上網電價法》的實施,將大大促進光伏電系統在邊遠地區的推廣和城市并網發電,以及超大規模沙漠電站的應用。 市場分析和經濟效益說明:如今傳統能源即將枯竭,溫室效益日益嚴重的狀況下,發展新能源毋容置疑,尤其是太陽能備受關注。而本作品可適用于太陽能光伏發電站、碟式聚熱式聚光式發電站、發射站、野外工作站等基礎設施上的應用,我們的自動跟蹤系統具有極其廣闊的市場前景。

同類課題研究水平概述

目前,國外對于太陽光線自動跟蹤裝置(或稱為太陽跟蹤器)的研究有。美國加州曾成功研究了ATM兩軸跟蹤器,并在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡,這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量,使熱收率進一步提高。Joel.H.Goodman研制了活動太陽能方位跟蹤裝置,該裝置通過大直徑回轉臺使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽,這個方位跟蹤器具有大直徑的軌跡,通風窗體是白晝光照鼓膜結構窗體,窗體上面是圓頂結構,成排的太陽能收集器可以從東到西跟蹤太陽,以提高夏季能量的獲取率。2002年2月美國亞利桑那大學推出了新型太陽能跟蹤裝置,該裝置利用控制電機完成跟蹤,采用鋁型材框架結構,結構緊湊,重量輕,大大拓寬了跟蹤器的應用領域。在德國北部,太陽能廚房投入使用,該廚房也采用了單軸太陽能跟蹤裝置岡。捷克科學院物理研究所則以形狀記憶合金調節器為基礎,通過日照溫度的變化實現了單軸被動式太陽跟蹤。 2009年2月,首臺太陽能發電自動跟蹤儀模型亮相安徽蕪湖,該設備通過多個攝像頭定位太陽的位置,實現對太陽的跟蹤。 目前,有保定市科諾偉業公司研發的單軸、雙軸跟蹤式太陽能發電站開始問世,該發電站的太陽能電池板像向日葵一樣跟蹤太陽,增強了對太陽能輻射的接收,可使發電效率提高20%--40%。
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