基本信息
- 项目名称：
- 斜单轴式太阳能自动跟踪装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 在全球资源日益匮乏的今天，新能源的发展被逐渐提上日程，尤其是太阳能的利用一直备受人们的青睐。为提高太阳能电池板的转换效率本作品采用斜单轴类混合控制跟踪方式，具有自适应互补跟踪、光强环境智能化判断、跟踪精度高、控制简单稳定、性价比高等特点，能够做到间歇性准确跟踪。本装置可应用于分布式太阳能电池板、在野外地区的用电设备、研究设备等、用于替换中小型光伏发电厂固定式太阳能电池板等。
- 详细介绍：
- 在全球资源日益匮乏的今天，新能源的发展被逐渐提上日程，尤其是太阳能的利用一直备受人们的青睐。随着光伏发电材料—单晶/多晶硅等的问世，转换效率虽有所提高，但在工程实践中电池板的利用率却始终维持在一个较低水平，利用传感器技术和自动控制技术构成的跟踪系统，使电池板间歇地垂直对准太阳光线，让电池板的转换效率尽量提高，本作品采用斜单轴类混合控制跟踪方式，机械上使用南北水平方向单轴跟踪（俯仰角可调），具有自适应互补跟踪、光强环境智能化判断、跟踪精度高、控制简单稳定、性价比高等特点，能够做到间歇性准确跟踪。本装置可应用于分布式太阳能电池板、在野外地区的用电设备、研究设备等、用于替换中小型光伏发电厂固定式太阳能电池板等，从我们赴云南实地调研情况来看，目前国内才在真正意义上逐渐重视起来，太阳能的合理利用必将具有广阔的前景，市场潜力巨大，我们的装置结合工程实际，顺应国家政策和市场的发展需求，具有重要的应用价值。
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
- 一、设计、发明目的：使太阳能电池板对准太阳，提高太阳能转化效率。 二、基本思路：分析太阳能电池板装换效率低的原因，主要有：①由于太阳能电池板输出特性是明显的非线性，极易受到外部环境的影响（日照强度，温度，负载），而太阳能电池板固定放置决定了一天之内受照射的平均量很低②而其他自动跟踪装置增加了大量组件，虽然提高了能量转化效率，但成本却很高。针对这两点，我们在固定式太阳能电池板的基础上改变机械结构，增加少量组件，利用传感器技术和自动控制技术构成跟踪闭环系统，让太阳能电池板自动对准太阳的入射光线，使电池板的转换效率尽量提高。 三、创新点：1、简单的封闭式机械结构，高稳固程度，易加工，耗材少，受外界环境影响低；2、低成本的光电跟踪电路，能够做到间歇性准确跟踪；3、混合式控制方式（时钟+光电）自适应互补跟踪，光强环境的智能判断（低于某光强时电机不动作），能够自动化地使能量恰当地被最大化利用，而不浪费多的能量给自身能耗。 四、技术关键:在间歇性跟踪上保证跟踪不出现累积误差，跟踪速度迅速，跟踪后能迅速停止，不产生多余动作耗能。在天气改变或者季节改变影响到电池板装换效率时，能够判断一些不利情况，从跟踪方式转变为固定式减少能耗。 五、主要技术指标： 使用条件：温度-25℃--80℃； 单片机、光筒，DS1302，额定电压5V； 角度传感器：输入电压5V，工作电压3.3V； 电机驱动模块额定电压： 12V； 最大功耗：24mW+电机模块5W； 最小功耗：20mW电机模块0W。
科学性、先进性
- 根据我们赴昆明石林太阳能大型并网光伏实验示范电站实际调研得知，国内绝大多数光伏发电厂是使用固定式的太阳能电池安装方式，只有小部分使用跟踪装置，而且对于分布式的太阳能电池是固定放置的。 现有研究中，跟踪结构上就是固定式，单轴，双轴，而固定式主要是结构简单成本不高，维护简单，但是转换效率较低；双轴的跟踪精度是最高的，当然太阳板做到的转换效率也是提升最大的，但是控制算法复杂，机械结构安装复杂，器件的多样化带来整个控制系统的稳定性不高，能耗加大，维护上更是麻烦。我们使用的斜单轴跟踪方式，虽然在跟踪精度没有双轴那么高，成本上却不会比在固定式的基础上增加很多；转换效率跟双轴相比只是低了少许，但是结构的简单，稳固，受环境的影响大大降低，维护上比起双轴结构负担少了很多。如此来看，我们的作品从工程使用的角度上，性价比是十分可观的。
获奖情况及鉴定结果
- 1、论文《太阳能电池自动跟踪系统的研究与改进》于2011年3月5日在期刊<<电源技术应用>>（中国电源学会会刊）上公开发表。 2、2011年3月在三峡大学第八届“求索杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获科技发明制作类第一名。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利权转让
作品可展示的形式
- 1、实物、产品 3、现场演示 5、录像 6、样品
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
- 一、使用说明：确定安装位置后，将电池板朝向正东方，调节机械滑杆一定角度，使电池板能够与冬季的太阳轨迹处于一个垂直的平面内。安放完毕后就可以开始使用。 二、技术特点和优势：1、机械结构简单，稳定度高，受环境干扰小；2、跟踪精度高；3、较高的扩展空间，可移植性强 ）；4、自身功耗低，可以自动复位，在光强低导致电压过低的时候可以自动停止电机工作，处于待机状态；5、性价比高；6、能够做到自适应跟踪 三、作品的适应范围：应用于分布式太阳能电池板、在野外地区的用电设备、研究设备等、用于替换中小型光伏发电厂固定式太阳能电池板等。 四、推广前景：由于市场需要的是具有较高的性价比，能够解决工程实际需求的产品，我们的装置具有以上优势，完全符合市场要求。而新能源的利用本来就有一个广阔的前景，市场巨大，现在国内才真正意义上逐渐重视起来。我们的产品结合工程实际，顺应市场和政策的发展需要，经济效益必定会有很大的上升空间。
同类课题研究水平概述
- 太阳能电池板的跟踪方式有两种：一种是单轴式跟踪、另一种是双轴式跟踪。 美国在1997年研制了单轴太阳能跟踪，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，使接收器的热接收率提高15%。在有些太阳能设备中，如点聚焦式接收装置，则只能采用双轴跟踪系统。双轴跟踪系统可用于任何一种太阳能系统来提高其运行效率。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涅耳透镜，这样可以让小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使热接受率进一步提高。 2002年2月美国那里桑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，采用铝型材框结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。之后提出了一种复杂的控制电路用来实现太阳能的闭环跟踪。他们得到的结论是采用双轴闭环跟踪系统可使接收器的热接收率提高22%。 还有一种适用于多种接收器的跟踪系统，该系统采用了模拟和数字技术，通过太阳光敏晶体管传感器的信号调整位置追踪太阳，跟踪精度可达0.1度。主要跟踪方法有两种：一种是根据太阳运动的规律，研制定时跟踪系统，以时间为控制量的装置，缺点是精度不够。第二种跟踪方法是光感应跟踪，光感应跟踪的问题是光感应材料的成本高、可靠性不够、技术难度大，并且易受外部环境干扰的影响。定时跟踪由于成本低，目前已经成功地应用在商业运作上。美国加利福尼亚莫哈韦地沙漠地区的太阳能电站就是运用该方法跟踪。 在国内近年来也有不少专家学者相继开展了太阳能跟踪方面的研究，1992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。目前国内的太阳能开发利用还在一个慢慢进步的过程中，国产太阳跟踪器的精度以及器件使用，开发开销巨大也是需要解决的问题。 现在光伏发电的太阳能电池矩阵考虑到经济效益，建造较早的就直接固定朝向，据我们在云南省的调研得知，国家很早开始提倡新能源，但大部分都只是停留在政策上，真正运用于工程实际的研究性成果不多，我国大部分光伏发电厂还是使用固定式的，极少部分使用跟踪，主要的跟踪系统是靠视日运动轨迹来跟踪的。这样的跟踪虽然能够在大方位上跟踪太阳，但是这毕竟是一个开环控制系统，其稳定性及精度都不高。
