黃明柱，肖　歡，周疆豪，胡致銓，陳佳麗，李海龍

武漢科技大學鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室

一種能逐日的太陽能發(fā)電裝置

黃明柱，肖歡，周疆豪，胡致銓，陳佳麗，李海龍

武漢科技大學鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室

本設計提供一種能逐日的太陽能發(fā)電裝置，其太陽能電池板能通過控制電路在光感應器的感應下跟隨太陽光不斷旋轉，使太陽能電池板每時每刻接收到的光源都是最強的，提高太陽能的利用效率。裝置由底座、支撐桿、弧板、光感應器、升降柱、銷釘、太陽能電池板組成，通過具有一定弧度的弧板上的光感應器對最強太陽光位置的定位然后通過控制電路將信號傳遞給升降柱以實現(xiàn)升降柱精確地升降，從而通過升降柱的高度差達到調節(jié)電池板朝向的目的。

太陽能發(fā)電；逐日；光感應器

引言

當今社會，隨著人們日益增長的能源消費需求，太陽能已經(jīng)逐漸走進人們的生活中并發(fā)揮著重要作用，而通過太陽能發(fā)電已經(jīng)變得很常見。如今各界研究人員對太陽能發(fā)電與利用的研究數(shù)不勝數(shù)，逐步實現(xiàn)對太陽能的有效利用。但其利用效率并不很理想，因此在達到利用太陽能的同時追求利用效率的最大化乃大勢所趨。

1　研究背景

目前太陽能的利用方式主要有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉換成電能的技術。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)濟利用的技術［1-2］。

當今大多數(shù)的太陽能發(fā)電裝置的電池板都是固定不動的，例如基于DSC的太陽能發(fā)電裝置的研究［3］，雖然能提供一個合適的穩(wěn)定的電壓，但其固定的太陽能電池板存在太陽能利用效率不高的缺點。與此相比，有很多關于太陽光跟蹤系統(tǒng)的研究，例如自動跟蹤定位太陽能發(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能電池板自動跟蹤定位系統(tǒng)，具有效率高、組裝簡單、運行可靠的優(yōu)點；還有一些利用聚光效應產(chǎn)生熱能進行發(fā)電的研究，例如碟式太陽能熱發(fā)電裝置跟蹤控制系統(tǒng)設計與研究［5］，其收集太陽光效率高，聚光比高，但它是通過聚光產(chǎn)生熱能來發(fā)電的，因此在產(chǎn)生熱能的過程中會有大部分能量以熱能形式散失，即對太陽能的利用效率不高。如今也有一些關于太陽能板可旋轉從而實現(xiàn)自動尋光功能的研究，例如太陽能板自動尋光轉動控制系統(tǒng)［6］，其自動尋光轉動功能能實現(xiàn)太陽能的充分利用。

2　發(fā)明內容

本裝置的目的在于提供一種其太陽能電池板能跟隨太陽光不斷旋轉的太陽能發(fā)電裝置，主要由底座、支撐桿、弧板、光感應器、升降柱、銷釘、太陽能電池板組成。所述的底座上設有支撐桿；所述的支撐桿頂端設有弧板，側端設有升降柱；所述的弧板上表面設有光感應器，光感應器布滿了弧板上表面；所述的升降柱能自動拉伸或縮短；所述的太陽能電池板設在升降柱上端，并通過銷釘與升降柱頂端相連；所述的光感應器、太陽能電池板由同一個控制電路相互連接。

3　研究的有益效果

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

圖1　1-底座、2-支撐桿、3-弧板、4-光感應器、5-升降柱、6-銷釘、7-太陽能電池板

4　具體實施方式

將本裝置的底座放置在平整的室外位置處，當某一時刻太陽光照射到弧板時，弧板上布滿的光感應器中只有一個光感應器接受到的太陽光強度最大，此時光感應器將信號通過控制電路傳輸給升降柱，兩個升降柱開始分別伸縮或縮短，調整太陽能電池板的傾斜角度，以使太陽光垂直正對著太陽能電池板照射，保證太陽能電池板的儲電效率最高，達到逐日的效果。隨著太陽光不斷變換垂直照射的角度，弧板上總有一個光感應器接受到的太陽光強度最大，此時同樣光感應器將信號通過控制電路傳輸給升降柱，兩個升降柱開始分別伸縮或縮短，調整太陽能電池板的傾斜角度，以使太陽光每時每刻都能垂直正對著太陽能電池板照射。

5　結論與展望

現(xiàn)有技術一般采用固定太陽能電池板的方式接收太陽光照射以發(fā)電的方式，將本設計與現(xiàn)有技術相比，本裝置采用升降柱實現(xiàn)電池板的旋轉以達到逐日的效果，因此本裝置具有太陽能利用效率高、方便靈活以及自動化程度高的特點。

另一方面，雖然本裝置能夠在一定程度上提高太陽能利用效率，但由于是兩根升降柱支撐電池板，故其會限制電池板的大小，假如電池板增大，會導致不穩(wěn)定的弊端，因此在這方面還有待研究。為了更好的解決問題，可以在本裝置的基礎上進行完善，例如設置四個升降柱，布設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光感應器。這樣便可很大程度的增大電池板，達到節(jié)省材料并使太陽光利用效率最大化的效果。

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

［2］趙爭鳴.太陽能光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀及其發(fā)展［J］.電氣應用，2007，26（10）∶6-10.

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

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

［5］劉賢群.碟式太陽能熱發(fā)電裝置跟蹤控制系統(tǒng)設計與研究［學位論文］碩士2012

［6］張秀再，王婷婷，黃建松.太陽能板自動尋光轉動控制系統(tǒng)［A］.南京信息工程大學學報，2014（3）∶231-234.

2015湖北省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，項目編號201510488020。

黃明柱（1994-），男，本科生。