黃明柱，肖　歡，周疆豪，胡致銓?zhuān)惣邀?，李海?/p>

武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

一種能逐日的太陽(yáng)能發(fā)電裝置

黃明柱，肖歡，周疆豪，胡致銓?zhuān)惣邀?，李海?/p>

武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本設(shè)計(jì)提供一種能逐日的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，其太陽(yáng)能電池板能通過(guò)控制電路在光感應(yīng)器的感應(yīng)下跟隨太陽(yáng)光不斷旋轉(zhuǎn)，使太陽(yáng)能電池板每時(shí)每刻接收到的光源都是最強(qiáng)的，提高太陽(yáng)能的利用效率。裝置由底座、支撐桿、弧板、光感應(yīng)器、升降柱、銷(xiāo)釘、太陽(yáng)能電池板組成，通過(guò)具有一定弧度的弧板上的光感應(yīng)器對(duì)最強(qiáng)太陽(yáng)光位置的定位然后通過(guò)控制電路將信號(hào)傳遞給升降柱以實(shí)現(xiàn)升降柱精確地升降，從而通過(guò)升降柱的高度差達(dá)到調(diào)節(jié)電池板朝向的目的。

太陽(yáng)能發(fā)電；逐日；光感應(yīng)器

引言

當(dāng)今社會(huì)，隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的能源消費(fèi)需求，太陽(yáng)能已經(jīng)逐漸走進(jìn)人們的生活中并發(fā)揮著重要作用，而通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電已經(jīng)變得很常見(jiàn)。如今各界研究人員對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電與利用的研究數(shù)不勝數(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的有效利用。但其利用效率并不很理想，因此在達(dá)到利用太陽(yáng)能的同時(shí)追求利用效率的最大化乃大勢(shì)所趨。

1　研究背景

目前太陽(yáng)能的利用方式主要有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。和其他發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電是最有可能大規(guī)模經(jīng)濟(jì)利用的技術(shù)［1-2］。

當(dāng)今大多數(shù)的太陽(yáng)能發(fā)電裝置的電池板都是固定不動(dòng)的，例如基于DSC的太陽(yáng)能發(fā)電裝置的研究［3］，雖然能提供一個(gè)合適的穩(wěn)定的電壓，但其固定的太陽(yáng)能電池板存在太陽(yáng)能利用效率不高的缺點(diǎn)。與此相比，有很多關(guān)于太陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)的研究，例如自動(dòng)跟蹤定位太陽(yáng)能發(fā)電裝置的研制［4］，它是基于光敏元件和惠斯通電橋的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤定位系統(tǒng)，具有效率高、組裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)；還有一些利用聚光效應(yīng)產(chǎn)生熱能進(jìn)行發(fā)電的研究，例如碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究［5］，其收集太陽(yáng)光效率高，聚光比高，但它是通過(guò)聚光產(chǎn)生熱能來(lái)發(fā)電的，因此在產(chǎn)生熱能的過(guò)程中會(huì)有大部分能量以熱能形式散失，即對(duì)太陽(yáng)能的利用效率不高。如今也有一些關(guān)于太陽(yáng)能板可旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋光功能的研究，例如太陽(yáng)能板自動(dòng)尋光轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)［6］，其自動(dòng)尋光轉(zhuǎn)動(dòng)功能能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的充分利用。

2　發(fā)明內(nèi)容

本裝置的目的在于提供一種其太陽(yáng)能電池板能跟隨太陽(yáng)光不斷旋轉(zhuǎn)的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，主要由底座、支撐桿、弧板、光感應(yīng)器、升降柱、銷(xiāo)釘、太陽(yáng)能電池板組成。所述的底座上設(shè)有支撐桿；所述的支撐桿頂端設(shè)有弧板，側(cè)端設(shè)有升降柱；所述的弧板上表面設(shè)有光感應(yīng)器，光感應(yīng)器布滿(mǎn)了弧板上表面；所述的升降柱能自動(dòng)拉伸或縮短；所述的太陽(yáng)能電池板設(shè)在升降柱上端，并通過(guò)銷(xiāo)釘與升降柱頂端相連；所述的光感應(yīng)器、太陽(yáng)能電池板由同一個(gè)控制電路相互連接。

3　研究的有益效果

本裝置能使太陽(yáng)能電池板跟隨太陽(yáng)光不斷旋轉(zhuǎn)，使太陽(yáng)光每時(shí)每刻都能垂直照射太陽(yáng)能電池板，保證太陽(yáng)能電池板每時(shí)每刻接受到的光源都是最強(qiáng)的，提高了太陽(yáng)能的利用效率。

圖1　1-底座、2-支撐桿、3-弧板、4-光感應(yīng)器、5-升降柱、6-銷(xiāo)釘、7-太陽(yáng)能電池板

4　具體實(shí)施方式

將本裝置的底座放置在平整的室外位置處，當(dāng)某一時(shí)刻太陽(yáng)光照射到弧板時(shí)，弧板上布滿(mǎn)的光感應(yīng)器中只有一個(gè)光感應(yīng)器接受到的太陽(yáng)光強(qiáng)度最大，此時(shí)光感應(yīng)器將信號(hào)通過(guò)控制電路傳輸給升降柱，兩個(gè)升降柱開(kāi)始分別伸縮或縮短，調(diào)整太陽(yáng)能電池板的傾斜角度，以使太陽(yáng)光垂直正對(duì)著太陽(yáng)能電池板照射，保證太陽(yáng)能電池板的儲(chǔ)電效率最高，達(dá)到逐日的效果。隨著太陽(yáng)光不斷變換垂直照射的角度，弧板上總有一個(gè)光感應(yīng)器接受到的太陽(yáng)光強(qiáng)度最大，此時(shí)同樣光感應(yīng)器將信號(hào)通過(guò)控制電路傳輸給升降柱，兩個(gè)升降柱開(kāi)始分別伸縮或縮短，調(diào)整太陽(yáng)能電池板的傾斜角度，以使太陽(yáng)光每時(shí)每刻都能垂直正對(duì)著太陽(yáng)能電池板照射。

5　結(jié)論與展望

現(xiàn)有技術(shù)一般采用固定太陽(yáng)能電池板的方式接收太陽(yáng)光照射以發(fā)電的方式，將本設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置采用升降柱實(shí)現(xiàn)電池板的旋轉(zhuǎn)以達(dá)到逐日的效果，因此本裝置具有太陽(yáng)能利用效率高、方便靈活以及自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。

另一方面，雖然本裝置能夠在一定程度上提高太陽(yáng)能利用效率，但由于是兩根升降柱支撐電池板，故其會(huì)限制電池板的大小，假如電池板增大，會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的弊端，因此在這方面還有待研究。為了更好的解決問(wèn)題，可以在本裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，例如設(shè)置四個(gè)升降柱，布設(shè)與電池板的前后左右，而弧板改為半球面的球面板并在其上布滿(mǎn)光感應(yīng)器。這樣便可很大程度的增大電池板，達(dá)到節(jié)省材料并使太陽(yáng)光利用效率最大化的效果。

［1］寧鋒，高繼春.發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電的意義及前景［J］.西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，20（1）∶82-84.

［2］趙爭(zhēng)鳴.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展［J］.電氣應(yīng)用，2007，26（10）∶6-10.

［3］王志敏.基于DSC的太陽(yáng)能發(fā)電裝置的研究［學(xué)位論文］碩士2012.

［4］龔浩岳，吳廣國(guó)，吳俊杰，王賓輝，李智.自動(dòng)跟蹤定位太陽(yáng)能發(fā)電裝置的研制［A］.華北電力技術(shù)，2013（13）∶7-11.

［5］劉賢群.碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究［學(xué)位論文］碩士2012

［6］張秀再，王婷婷，黃建松.太陽(yáng)能板自動(dòng)尋光轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)［A］.南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（3）∶231-234.

2015湖北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)201510488020。

黃明柱（1994-），男，本科生。