劉志春

摘要：太陽能光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力機(jī)翼型是葉片的基本要素，其幾何參數(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)特性都直接影響風(fēng)力發(fā)電裝置的性能和功率，風(fēng)力機(jī)翼型及葉片沿展向的分布設(shè)計(jì)理論是決定風(fēng)力機(jī)功率特性和載荷特性的根本因素，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。光伏發(fā)電在環(huán)保和新能源領(lǐng)域有著舉足輕重的地位，然而光伏發(fā)電還有著轉(zhuǎn)化率低的缺陷，這大大制約了這一清潔環(huán)保的發(fā)電技術(shù)的推廣和廣泛應(yīng)用，為了彌補(bǔ)這一缺陷，我們采用提高光板有效接受面積的手段可以延長太陽能發(fā)電時(shí)間，增加發(fā)電量，一定程度上降低發(fā)電量的波動(dòng)，從而降低太陽能發(fā)電成本，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的利用率，采用了太陽能發(fā)電與風(fēng)能發(fā)電相結(jié)合的方式。

關(guān)鍵字：太陽能 光伏發(fā)電 旋轉(zhuǎn)周期

0 產(chǎn)品研制背景

隨著全球能源短缺的問題日益凸顯，如何開放利用好太陽能，并通過相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行精確吸收成為了當(dāng)今世界研究的課題。在新能源中，太陽能發(fā)電已成為全球研究的重要領(lǐng)域。在此背景下，全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)增長迅猛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品成本持續(xù)下降。我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到迅速發(fā)展，崛起了以尚德電力、英利綠色能源、江西賽維LDK、保利協(xié)鑫為代表的一批著名企業(yè)和以江蘇、河北、四川、江西四大光伏強(qiáng)省為代表的一批產(chǎn)業(yè)基地。我國海上風(fēng)能資源豐富，加快海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)于促進(jìn)沿海地區(qū)治理大氣霧霾、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式具有重要意義。

然而由于太陽存在著光照強(qiáng)度隨著時(shí)間不斷變化等問題，這對(duì)太陽能的利用裝置提出了一定的技術(shù)要求。目前很多太陽能電池板陣列基本都是固定的，不能充分利用太陽能資源，發(fā)電效率低下。傳統(tǒng)光伏發(fā)電為了彌補(bǔ)轉(zhuǎn)化率低的缺陷，往往會(huì)用大量太陽能電池板同時(shí)發(fā)電，這樣會(huì)占用較多土地，而且目前太陽能電池板的生產(chǎn)會(huì)消耗較多能源，產(chǎn)生較高污染。而風(fēng)力發(fā)電就目前的技術(shù)在廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，利用率并不高，由于噪聲、視覺污染，占用大片土地，不穩(wěn)定、不可控，目前成本仍然很高，影響鳥類等缺點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1太陽能電板部分

由于相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，太陽的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽，發(fā)電效率才會(huì)達(dá)到最佳狀態(tài)。我們采用在光伏電板上安裝光感系統(tǒng)，通過感應(yīng)光線的大小與方向，生成路徑，將信息傳遞給控制系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，通過電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)由立柱同時(shí)帶動(dòng)12塊光伏電板跟隨太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)方向而變化，然后通過步進(jìn)電機(jī)控制的方式，使每塊太陽能光伏電板可以跟隨陽光角度的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到在日光強(qiáng)度與方向變化的同時(shí)，電板隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)刻達(dá)到太陽光與電板的最大接觸面積，因?yàn)楣怆姀?qiáng)度與光入射時(shí)與電池板表面的夾角有關(guān)，當(dāng)其夾角越接近直角時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率越好。因此，使太陽能入射角始終保持與太陽能電池板的垂直，可以提高太陽能電池板的發(fā)電效率。

對(duì)于光伏電板的大小，我們經(jīng)過合理的計(jì)算與評(píng)估，最終采用了30*50的光伏電板，共十二塊，錯(cuò)開成列陣排列，有效的增加了與太陽光的接觸面積，更好地提高了利用率。在電板方面，并沒有采用通常的光伏電池，而是采用了一種新型材料——太陽能紙，將它貼于電板上進(jìn)行工作。紙制太陽能電池是以木材紙漿、銀質(zhì)配線以及有機(jī)物組合而成，其制造成本僅為普通太陽能電池的10萬分之1，與玻璃制電池相比，具有可彎曲折疊、更優(yōu)越的加工性等特性。

1.2風(fēng)力發(fā)電部分

風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。鑒于已有的成熟的條件，結(jié)合本產(chǎn)品，我們進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)利用30*50的太陽能光伏電板代替漿葉，可360°自由旋轉(zhuǎn)的承載座代替風(fēng)輪，光伏電板可根據(jù)風(fēng)力大小與方向進(jìn)行繞軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)整至一個(gè)最佳角度，使與風(fēng)的接觸面積達(dá)到最大值。當(dāng)電機(jī)關(guān)閉后，產(chǎn)品完全成為自動(dòng)形式，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)電板，每個(gè)搖臂上的電板實(shí)現(xiàn)同步擺動(dòng)，從而帶動(dòng)搖臂以及搖臂底座轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，成功將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，從而進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。

1.3控制部分

在實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的時(shí)候，我們采用電機(jī)控制光伏電板不同時(shí)刻的角度擺動(dòng)，特別強(qiáng)調(diào)，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求，我們采用的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

在設(shè)計(jì)中，我們要求太陽能光伏電板可以跟隨太陽光光線的角度變化而變化，安裝在光伏電板內(nèi)部的光感系統(tǒng)通過感應(yīng)生成信號(hào)傳遞給步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)通過內(nèi)部轉(zhuǎn)子與定子的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到電板轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。

2 創(chuàng)新部分

與傳統(tǒng)固定式太陽能電池板組件相比，在提高太陽能發(fā)電率的基礎(chǔ)上，結(jié)合了風(fēng)力發(fā)電的多樣形式，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的同步進(jìn)行；在太陽能發(fā)電方面采用了垂直軸的基本結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上加以變化，圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)提高了靈活性與產(chǎn)品性能?？蓪?shí)現(xiàn)180°自由旋轉(zhuǎn)的圓臺(tái)，可由根據(jù)不同光線產(chǎn)生不同信號(hào)的光感系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)控制的可實(shí)現(xiàn)自由擺頭的光伏電板；光感系統(tǒng)造價(jià)低，不容易損壞，安裝簡便，大大提高效率，使能量的接收率提高 35%以上；并且將光感系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)配合來實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的追蹤，能大大提高追蹤的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了角度自動(dòng)糾正，有效解決積累的誤差隨著時(shí)間的變化會(huì)增大的問題；加持了光感系統(tǒng)的太陽能電池板可增加發(fā)電量20%～40%?？傊瑯拥陌l(fā)電量，可以用更小的場地和更少的材料，大大減少了能源消耗和環(huán)境污染，借此來達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本設(shè)計(jì)另一重要?jiǎng)?chuàng)新之處在實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的同時(shí)，充分利用自然環(huán)境，同步實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。白天，同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電兩項(xiàng)發(fā)電功能。夜晚或者陰天，在無法利用太陽能的時(shí)刻，步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自鎖，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電，其中用光伏電板代替風(fēng)車葉片，利用風(fēng)力吹動(dòng)電板，從而帶動(dòng)底座圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的第二項(xiàng)功能，充分提高本產(chǎn)品的利用率。

3 小結(jié)

本產(chǎn)品也在一定程度上消除了光伏發(fā)電的推廣的阻礙，有利于光伏發(fā)電與風(fēng)力的推廣，使太陽能與風(fēng)能等清潔能源能被更廣泛，更高效率地應(yīng)用，造福全人類，減輕環(huán)境污染和能源短缺的困擾。

更重要的是他能兼顧發(fā)電，節(jié)能減排的功用，而且不光契合了實(shí)用性的要求，還有美觀裝飾性的效果，可大可小，可以根據(jù)需求定大小，增加了該產(chǎn)品的可伸縮性，且本產(chǎn)品對(duì)安裝的地址及人員都要求不高，只要有太陽光照的地方都能安裝，保證電能的供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

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