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全方位太阳能跟踪储存器

专家
2013-01-05 10:05:22    评分

作者:西北师范大学知行学院 邓波 聂开忠 常永健
指导教师:魏晋军 刘远聪

  作品简介

  开发背景:
  当前能源问题已经成为制约世界各国发展的主要因素之一,我国人均能源拥有量较低,以煤炭为主的不合理的能源结构环境压力大,缺乏可持续发展能力,太阳能作为一种清洁的可再生能源,在未来能源结构中占有重要地位。我国属太阳能资源丰富的国家之一,具有发展利用太阳能的良好条件。我们的作品就是在这个背景下设计的。

  结构说明:
  该系统有太阳能电池板、太阳位置跟踪控制系统、充电过程显示部分、直流电向交流电的逆变系统。(如下图所示)

  应用前景:
  可以为野外用电设施,无人值守机站,边远海岛场站导航设备等提供可靠的工作电源,也可以为大功率光伏发电厂提高运行效率提供技术支持。

  功能说明:
  它的基本功能有(1)全方位实时太阳位置跟踪。(2)电能的储存。(3)液晶显示充电的全过程。(4)直流12V电压向交流220V电压的逆变。
  本系统具有太阳位置定位跟踪准确、电机驱动动作灵敏可靠,太阳能转换效率高,采集、存储、转换一体化设计等特点。其主控系统芯片采用单片机开发板,价格低廉,可维护性强。

  使用说明:
  该系统放入太阳下面,它会通过放置在太阳能电池板上下、左右四个光敏传感器对比进行自动调整角度,寻找太阳光光线强度最佳位置,以把太阳能最大效率的转化为电能储存起来,用于家庭普通家用电器供电。  

         各模块基本功能:        液晶显示模块:可以显示“正在充电”和“充电完成”两种状态,实现人机交流。
        电源存储模块:用于储存电能,并对各个工作模块进行供电。
  光敏传感器模块:用于对光照强度进行采集处理,输出的模拟信号经ADC0832转换为数字信号后传输给单片机作为控制信号,控制电机的正反转。
  电机驱动模块:根据单片机发出的控制信号控制电机工作于正传或反转状态,使安装于电机轴上的太阳能电池板始终与太阳入射光线保持垂直状态,从而达到跟踪太阳的目的。
  能量转换模块:将太阳能电池板产生的电能存储在12V 8AH的蓄电池中,然后经逆变器转换为220V 50HZ的交流电,向普通家用电器供电。

  作品说明:
  (1)作品尺寸长75cm×宽30cm×高55cm。
  (2)蓄电池存储电压12V,逆变器输出电压为220V,50HZ。
  (3)全方位太阳能跟踪储存器宜在光照充足的地方安装使用。

  平台选型说明

  IAP 15F2K61S2单片机开发板(大赛组委会指定专用开发板)、STC89C52单片机、光敏传感器、直流减速电机、太阳能电池板、LM298电机驱动芯片、ADC0832、ADC0808,逆变器等。

  设计说明

  系统结构图:  

   设计原理:
  本系统由IAP 15F2K61S2单片机开发板作为主控模块、通过光敏传感器模块对光照强度进行采集处理,输出的模拟信号经ADC0832转换为数字信号后传输给单片机作为控制信号,控制电机的正反转,以寻找太阳光强度最佳的位置。然后将太阳能电池板采集的电能储存到蓄电池,经逆变器逆变成220V交流电,用于家庭普通家用电器供电。

  设计方案:
  1、单片机控制模块
  我们设计采用大赛指定单片机IAP 15F2K61S2作为系统的主控制芯片。该单片机具有抗干扰能力强、支持超级加密、无需外部晶振和复位电路、支持ISP/IAP在线编程、2K字节SRAM、双串口、带有高速10位A/D转换器、低功耗的优点。

  2、电机驱动模块及光敏传感器模块
  全方位太阳能跟踪储存器是一套根据太阳运行的轨迹自动追光寻找太阳光强度最佳位置的装置,其工作原理是首先利用安装在太阳能电池板表面四个位置的光敏电阻接受太阳辐射光线,然后光敏传感器通过对光的采集分析处理输出不同的四路模拟电压值,经四个ADC0832芯片转换为四路数字信号,(单片机控制模数转换系统(PCB制图)如图1所示)传输给单片机作为控制信号,驱动两个直流减速电机正转或反转,进而跟踪太阳运行位置,基本可以达到水平360度、俯仰60度全方位跟踪太阳,始终保持最佳采光角度。(驱动电机仿真电路如图2所示)  

   3、电源存储模块
  稳压电路,输入15V到25V电压 ,通过三个稳压限流芯片,分别输出5v、9V、12V的电压,其中5V为单片机供电,12V为电机供电并为蓄电池供电。(稳压电路图(PCB制图)如图3所示)  

   4、 液晶显示模块
  太阳能电池板将太阳能转换为电能后存储于蓄电池,在充电过程(如图4所示)中液晶屏显示12V和正在充电。当电池电量饱和以后,液晶屏会显示0V和充电完毕。(如图5所示)  

 

   作品特色

  我们的设计有如下几个特色:

  • 创新性:全方位太阳跟踪。以最佳角度采集太阳光,始终保持最高的系统能量转化效率,具有自动化和高效率的特点。
  • 先进性:电能实时存储。将太阳能转换为12V的电能后,再转换为化学能存储在蓄电池中。
  • 实用性:存储电量的转换运用。通过逆变器将12V的直流电电变为220V的交流电,可供普通家电用电,并且该设计价格低廉,可维护性强,可长久使用。
  • 智能性:运用单片机系统控制电机太阳能电池板自动跟踪太阳采光,并且实时监控电池的充电情况。
系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2294



关键词: 全方位     太阳能     跟踪     储存     太阳     电机     转换     单片    

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