基本信息
- 项目名称：
- 主动式太阳能智能追光装置的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 太阳能作为绿色新能源，是未来能源发展的重点，但是太阳能最大的缺点就是能量密度比较低，为了克服这个缺点，设计了太阳能自动追光装置，本装置采用嵌入式技术，用GPS获取当地的经纬度和UTC时间，再由太阳高度计算公式计算出太阳高度角和太阳方位角两个物理量，核心模块驱动水平和垂直两路步进电机校正太阳能收集装置的位置，使之与太阳方向垂直。使用智能追光装置后，电池板的发电效率能提高30%以上。
- 详细介绍：
- 太阳能作为绿色新能源，以其经济、清洁、环保、可持续等优点有着其它能源不可替代的优势。 当前太阳能发电产业正成为我国政府的重点扶持对象。是当前及未来能源发展的重点。 目前国内太阳能发电普遍有以下不足：大多采用电池板固定方式安装，对能源的利用率较低;少数采用传感器与涡轮蜗杆技术进行追光产品的可靠性差，且价格较高。克服以上不足我们有如下优势：采用嵌入式程序控制，不用任何传感器即可精确追踪太阳位置；机械结构采用两端输出逆止活齿减速器，零回差、自锁、两端同步输出，使太阳能追光机械传动系统进入新的发展阶段。 本装置采用嵌入式技术，用GPS获取当地的经纬度和UTC时间，再由太阳高度计算公式计算出太阳高度角和太阳方位角两个物理量，核心模块驱动水平和垂直两路步进电机校正太阳能收集装置的位置，使之与太阳方向垂直。使用智能追光装置后，电池板的发电效率能提高30%以上。
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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
- 太阳能作为绿色新能源，是未来能源发展的重点，而现有产品采用固定的太阳能电池板，在太阳能的采集方面效率低，为此，我们设计了主动式太阳能智能追光装臵。 由于在任意时间、任意地点地球的公转轨道是严格已知的，本装臵利用地方时和纬度精确地计算出太阳高度角和太阳方位角两个量，通过机械控制部分对太阳能设备进行姿态的调整实现智能追光。 追光算法所需要的参量由 GPS卫星定位信号获得，对太阳方位角的追踪由电子罗盘反馈获得，装臵中嵌入的微处理器MEGA128对所有的数据进行整合处理，最后控制步进电机使太阳能装臵完成追光动作。
科学性、先进性
- 目前，太阳能装臵主要采用固定式安装或采用光学传感器实现追光。采用固定式安装的产品太阳能的采集及利用率较低，性价比不高。而采用光学传感器技术的产品虽然可以实现太阳能装臵姿态的调整，而产品一般安装在室外，自然条件对光学传感器的灵敏度影响非常大，时间一长，使追光的效果逐渐降低，同时现有的大部分追光产品使用的都是蜗轮蜗杆的机械，机械损失很大，而且有明显的回程差；此外，产品的使用寿命短，成本较高，不利于大面积推广。 为解决以上产品的不足，本作品采用智能追光技术实现太阳能装臵对太阳的时时追踪。该作品突出的实质性技术特点与显著进步是 GPS与电子罗盘获取追光算法所需的参数，在微处理器MEGA128的控制下，实现装臵的智能追光。因此，本作品受自然因素的影响小，能量采集与利用率高，同时加入的TFT屏、无线模块等人性化设计，突出以人为本的理念，方便用户的使用与维护，本作品还采用了先进的“两端输出逆止高效活齿减速器”减速装臵，其传动效率比原有的蜗轮蜗杆提高了近一倍，有同样的反向自锁功能，而且无回程差。
获奖情况及鉴定结果
- 2007年11月——我校第十二届世纪杯特等奖 2008年3月——我校大学生科研立项重点项目 2008年5月——以本作品为核心产品的《华夏风光互补有限公司创业计划书》曾获得“挑战杯”2008河北省大学生创业计划竞赛二等奖 2008年11月——我校第十三届世纪杯特等奖 2009年5月——“挑战杯”2009河北省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖 2007年——至今，本课题始终得到我校“××省电力电子节能与传动控制重点实验室”的持续支持
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 合作
作品可展示的形式
- 样品、现场演示、模型、图纸、图片、录像
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
- 本作品最大的优势是智能追光，适合所有使用太阳能设备。 太阳能等可再生能源日益受到重视，整个行业处于快速发展的上升期，在中国，光伏产业的增长速度每年超过 30%。以本作品为技术支撑的光伏发电系统可以广泛地应用在政府基础公共设施建设（如路灯照明、城市亮化、交通信号及远郊公路、高速公路等场所的照明）、国有大中型企业形象建设、第三产业美化（包括旅游、物业等）及太阳能热水器、太阳能灶等。 本作品将以技术入股的形式与企业合作，在市场上推广，推动太阳能行业的发展。
同类课题研究水平概述
- 目前，国内的民用太阳能装臵绝大部分采用固定式安装，很少一部分采用光学传感器实现追光。 采用固定式安装的产品不能根据太阳位臵的变化调整太阳能装臵的姿态，从而太阳能的采集及利用率较低，尤其在早晨和傍晚，太阳能的利用率几乎为 0，长远投资成本大，性价比较低。 而采用光学传感器技术的产品虽然可以实现太阳能装臵姿态的调整，但产品一般安装在室外，自然条件对光学传感器的灵敏度影响非常大，时间一长，使追光的效果逐渐降低，还要花费大量的时间和金钱对整个系统进行维护。同时整个追光过程电机都要进行旋转，现有产品大部分采用蜗轮蜗杆的机械结构，其传动效率较低，系统本身对能源的消耗也比较大；此外，产品的使用寿命短，成本较高，不利于大面积推广。 与本作品类似原理的追光设备大多安装在卫星、航天飞机等军工级设备上。国外的追光技术比较成熟，如奥运会沙滩排球场使用的西班牙一家公司的技术生产的追光装臵，但成本很高且对国内实行技术垄断。
