基本信息
- 项目名称：
- 智能化太阳能电池板自动寻日控制系统
- 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B类
- 简介：
- 智能化太阳能电池板自动寻日控制系统综合光电追踪和视日运动轨迹追踪两种算法，硬件上采用MSP430超低功耗16位单片机作为控制核心，先后根据时钟时间、检测的光照强度值，通过步进电机驱动水平、俯仰两个自由度，从而使太阳能电池板与太阳光垂直，实现太阳精确追踪，从而提高了太阳能的采集效率。无线射频传输模块可将环境的光强、温度、蓄电池电量等数据实时传送给上位机，实现远距离监控。
- 详细介绍：
- 采用MSP430超低功耗16位单片机作为控制核心设计了一种智能化太阳能追踪采集系统，综合光电追踪和视日运动轨迹追踪方式。该系统对机械装置中水平、俯仰两个自由度的步进电机进行驱动，先是根据时钟时间调整硅电池板到预定位置，再根据检测的光照强度系列值，把太阳能电池板精确调整到光照最强处，提高了处理速度和追踪的精度，使系统更加稳定可靠。同时利用单片机的AD12模数转换器实时监测充电电池电量状态。另外，系统具有无线射频传输模块，可以把系统采集来的时钟时间、温度、光强、电量状态等信息传输到上位机，实现远距离实时监控。 该系统由无线数据发送及控制端、无线数据接受端和机械装置端三大部分组成，又可细分为微控制模块，电机控制模块，光强检测模块，温度检测模块，太阳能充电模块，实时时钟模块，无线射频模块，电源电路模块，液晶显示模块，串行通信模块，键盘控制模块11个功能模块。
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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
- 设计目的： 太阳能是一种理想的可再生能源，我国把开发利用太阳能作为一项国家可持续发展的重要战略。理论分析表明:跟踪式与定点式的太阳能发电装置相比，其能量的接收率可提高35%，而目前太阳能利用转化率约为10％～20％。 为此，我们综合了光电追踪和视日运动轨迹追踪两种算法，设计了智能化太阳能电池板自动寻日控制系统。 基本思路： 系该系统由无线数据发送及控制端、无线数据接受端和机械装置端三大部分组成，由微控制模块等11个功能模块组成。 创新点： 1、采用msp430超低功耗16位单片机，降低能耗，提高了系统的稳定性和处理速度。 2、利用双步进电机对太阳能电池板的方位角、俯仰角进行调整，实现精确定位。 3、综合光电追踪和视日运动轨迹追踪 4、通过无线射频通信实现远程实时监控 技术关键： 1、采用视日运动轨迹追踪和光电追踪相结合的算法，减少控制器运算时间，提高处理速度，提高了太阳能采集效率。 2、系统配备无线射频传输模块，可以把系统采集的时间、温度等信息传输到上位机，实现远程监控。 主要技术指标： 额定电压 DC 12V 太阳方位角运行角度：0°--360° 太阳高度角调整角度：0°--360° 电机功率：2W--15W 太阳能电池板功率：1W 跟踪精度：±1° 步进电机步距角：0.9° nRF905无线射频模块工作频道：433/868/915MHz
科学性、先进性
- 郑小年等人介绍了太阳跟踪的几种常见方法,并介绍了地平坐标系双轴跟踪方式的具体应用实例。目前，国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式,这些光电跟踪装置都使用光敏传感器，如硅光电管。 赵志刚等人设计了基于CMOS图像传感器ADC—2121的全自动便携式太阳辐射计,此方法具有定位精度高、可自由规定零点等优点,具有很好的应用性。 赵丽伟设计了光电跟踪和太阳角度跟踪相结合的方式,在晴天时系统采用光电跟踪,阴天时进入太阳角度进行跟踪。 关继文等人介绍了采用软件算法和传感器检测控制结合的高精度太阳能跟踪控制器设计与实现的方法。 夏江涛采用高性能的放大电路、滤波电路、A/D转换电路及精密步进系统,构建基于四象限探测器的双轴机械式自动跟踪定位装置。 参考以上文献，同时在充分的市场调研、实地考察，项目团队设计了智能化太阳能电池板自动寻日控制系统。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2011年4月18日，在南京中网卫星通信股份有限公司进行实验鉴定，测试结果良好，通过该单位认证。（企业推荐材料一份） 2.2011年4月14日，在南京信息工程大学学科楼S414进行实验测试，得到陈文俊、赵广涛等三位专家（所在单位为中船重工集团公司第七二四研究所）的认可。（专家推荐材料一份）
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 合作开发+授权使用+后期维护
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■图纸 ■现场演示 ■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
- 使用说明： 系统上电开机以后，由于所处地理位置和时间季节的不同，且系统机械装置的随意放置，首先系统会自动检测，调整太阳能电池板的方向角和俯仰角，再进一步的微调使太阳光线垂直入射太阳能电池板，并以此点作为基准点进入工作模式。第一次上电运行系统会要求输入时间，然后系统就进入了正常工作模式。 作品的技术特点和优势： 1.实现对太阳的全天候追踪 2.可远程监控 3.通过太阳能电池板充电，在系统断电情况下锂电池可作备用电池 适用范围： 1、南京信息工程大学自动气象观测站的供电系统。 2、民用系统：家用小型发电系统、游牧民族生活用电。 3、公共基础设施供电如：太阳能路灯、高速公路LED屏等。 推广前景、市场分析和经济效益预测： 太阳能光伏发电产业正在世界范围内以惊人的速度增长，进入21世纪以来年均增长率高达36.6％，2002年全球光伏产业销售额约35亿美元,2012年预计超过275亿美元。 目前太阳能利用转化率约为10％～20％。
同类课题研究水平概述
- 1、国外太阳能跟踪研究现状 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。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。2006年2月，Acciona 太阳能公司建立的被称为西班牙最大的太阳能电站设施开始投入使用，整个设施由400个太阳跟踪托盘，14400个电池板组成。这些太阳跟踪托盘设计结构为全年每天根据太阳不同的位置跟踪阳光，与通常固定的平面系统相比，这种托盘设计可以增加35 %的能源产出量。在欧美国家现在有较成熟的主动式全方位太阳跟踪技术及产品。 2、国内太阳能跟踪现状 国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式，这些光电跟踪装置都使用光敏传感器如硅光电管。光电追踪的灵敏高，但受天气的影响较大。也有视日运动轨迹跟踪，包括单轴和双轴两种。 近几年，开始研究、开发和利用新能源，国内一些太阳能利用研究机构，例如，中国科学研究院电工研究所，中国科学技术大学，广州能源研究所，中山大学太阳能系统研究所，华中科技大学，上海交通大学等，也在不断深入对太阳跟踪技术进行研究，例如，中科院电工研究所刘四洋等设计了一套主动式双轴太阳跟踪控制器。 国家气象计量站研制的FST型全自动太阳跟踪器采用传感器定位和太阳运行轨迹定位相结合的设计弥补了赤道架型太阳跟踪器的缺点，具有全自动、全天候、跟踪精度高等优点，充分保证了太阳辐射观测的需要，大大减轻了观测人员的劳动强度。华中科技大学能源与动力工程学院王尚文等提出了一种新型混合双轴太阳自动跟踪装置，是一种藕合程序跟踪和传感器跟踪的混合跟踪系统，即第一级用程序控制跟踪，第二级采用传感器跟踪校正。 3、现阶段国内外研究综述 就现阶段国内外对太阳跟踪的研究情况来看，由于受太阳能应用系统成本的影响，普遍采用半自动单轴跟踪方式。随着科学技术的不断发展，光伏转换效率的提高，太阳跟踪装置的研究会朝着全自动太阳跟踪的方向发展。全自动跟踪太阳装置是根据地平坐标、双轴跟踪原理，采用光、机、电一体化技术，通过对太阳光强弱的检测，实现对太阳的全自动跟踪，能做到同步无偏差地跟踪太阳，大大提高了太阳能的接收效率。
