基于光伏、光熱發(fā)電的全太陽能驅(qū)動(dòng)小車

王浩瑜

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714004

摘要：隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的需求越來越高，特別是對(duì)石油的需求，更進(jìn)一步來說，石油消費(fèi)給地球生態(tài)環(huán)境造成了巨大的危害，霧霾、酸雨等生態(tài)問題日益突出，因此，減少對(duì)石油的消耗將有巨大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。

在石油的消耗中，汽車行業(yè)占了絕大部分，每天汽車都會(huì)消耗數(shù)量巨大的石油，因此，我們將探索一種全太陽能驅(qū)動(dòng)的太陽能小車。先將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。

為了展現(xiàn)現(xiàn)階段太陽能利用的兩種主要方式，我們的小車采用太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電兩種發(fā)電方式：光伏發(fā)電采用環(huán)形超薄太陽能板；光熱發(fā)電采用斯特林機(jī)，其熱源是拋物面聚焦的太陽光。

關(guān)鍵詞：控制方便；光熱聯(lián)合發(fā)電；清潔無污染

1 項(xiàng)目背景及其意義

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源日益短缺的矛盾一直都是現(xiàn)代社會(huì)面臨的一大難題，資源的緊缺和能源成本的持續(xù)增長使得眾多發(fā)達(dá)國家將注意的目光轉(zhuǎn)向了新能源，其中太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用備受重視。

在相同條件下，采用太陽能電池板跟蹤控制要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量大大提高。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)能自動(dòng)跟蹤太陽光線照射的控制系統(tǒng)，非常有研究?jī)r(jià)值。我們?cè)O(shè)計(jì)了一款光伏、光熱發(fā)電的太陽能驅(qū)動(dòng)小車。

2 作品介紹

在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，在車底座安放電動(dòng)機(jī)J，以聯(lián)軸器與上方托盤相連接，使上面托盤實(shí)現(xiàn)水平方向旋轉(zhuǎn)。托盤內(nèi)斯特林機(jī)用夾套挾持并固定在托盤上，在托盤一側(cè)安裝電動(dòng)機(jī)W，連接斯特林機(jī)夾套實(shí)現(xiàn)上下轉(zhuǎn)動(dòng)。通過以上兩個(gè)維度實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的全方位追蹤。

在能源產(chǎn)生方面，定制環(huán)形太陽能電池板收集太陽能，利用聚光罩加熱斯特林機(jī)進(jìn)行光伏發(fā)電。

在智能控制方面，采集板上使用四個(gè)光敏電阻，從四個(gè)光敏電阻采集的信號(hào)上判斷哪一個(gè)采集到的光強(qiáng)度大，從而控制采集板移動(dòng)，使采集板正對(duì)光源。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 全太陽能驅(qū)動(dòng)

隨著現(xiàn)代能源的巨量消耗、環(huán)境嚴(yán)重污染，太陽能作為一種清潔能源備受人們重視，我們以一個(gè)小車模型，探究太陽能更廣泛、更高效的利用。目前太陽能光伏發(fā)電、光熱發(fā)電有廣泛利用，但兩個(gè)結(jié)合使用市面上比較少見，此模型小車結(jié)合光伏、光熱兩種太陽能利用方式，更高效地利用了太陽能。

3.2 太陽能追蹤

本產(chǎn)品適用于對(duì)現(xiàn)有的太陽能收集裝置的改良，隨著太陽能的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的固定式太陽能接收，不能夠?qū)崟r(shí)有效地接受到最多的太陽能。太陽能追蹤系統(tǒng)就能夠彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，能自動(dòng)追蹤最強(qiáng)光照。

對(duì)比兩者發(fā)電：用兩塊參數(shù)相同的太陽能電池板，一塊固定朝南略偏西放置，另一塊安裝在自動(dòng)跟蹤器上，分別測(cè)試這太陽能電池板的發(fā)電功率。下圖是晴朗的天氣下得到的上述兩塊太陽能光伏發(fā)電功率對(duì)比曲線圖。

4 改進(jìn)方向

作為初期產(chǎn)品，該模型的設(shè)計(jì)初衷以得到體現(xiàn)，其核心功能已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，但還存在以下幾個(gè)不足之處。

4.1 解決繞線問題

由于小車底座電機(jī)要與上端太陽能電池板以導(dǎo)線相連接，所以如果小車一直繞同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)線會(huì)繞在軸上?？紤]在水平托盤上安裝指示器，當(dāng)小車按一定方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，會(huì)與指示器指針接觸，則停止該方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.2 重新規(guī)劃光敏電阻分布

目前4個(gè)光敏電阻分布在太陽能電池板的同一位置，由此導(dǎo)致的缺陷是，該裝置檢測(cè)的是圓周這一點(diǎn)的最強(qiáng)光照。故應(yīng)考慮將四個(gè)光敏電阻均勻分布到電池板的四周，此時(shí)，小車旋轉(zhuǎn)停留位置才是最強(qiáng)光照位置。

4.3 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行美化包裝

導(dǎo)線分布雜亂，可適當(dāng)優(yōu)化各個(gè)部分的位置，隱藏不必要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其不易被損壞，更加美觀。

參考文獻(xiàn)：

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