立体太阳能收集系统可调式多功能帽.docVIP

基于立体光伏太阳能收集系统的可调式多功能帽 设计者：方晨雨，党舒平，林松华，李晓强，张朝栋 指导教师：张晓冬 （北京交通大学电气工程学院，北京，100044） 作品内容简介 本项目根据当前国内外太阳能清洁能源技术发展的情况，研制了一套立体光伏太阳能收集系统，该系统可以多角度收集太阳能，将太阳能的收集效率提高到了最大化，并将该系统应用于可调式多功能帽上，成功将立体光伏太阳能收集系统、太阳能供电系统、可调式控制系统、功能部件进行兼容，实现了设备的能量收集、转化、控制、应用一体化。具体的基于立体光伏太阳能收集系统的可调式多功能帽由以下几个模块构成：其中基础模块系统有：立体光伏太阳能收集系统、太阳能蓄电系统、太阳能供电系统、可调式控制系统；应用模块有：制冷风扇系统、LED照明系统、通信与GPS全球定位系统、娱乐系统。立体光伏太阳能收集系统摆脱传统的平面太阳能电池板收集太阳能的模式，改为多角度立体收集太阳能，大大降低了太阳光偏向角对设备供能的影响；太阳能蓄电系统是基于DSP的蓄电池管理系统，立体光伏太阳能收集系统收集的太阳能在其中转化为化学能并储存，供阳光不足时使用；太阳能供电系统和可调式控制系统则是连接太阳能蓄电系统与应用模块的能量转化、输送、控制模块，蓄电池中的化学能通过太阳能供电系统并由可调式控制系统控制输出指定大小的直流电或者交流电供应应用模块的设备使用。而在应用模块中本项目则将实用性强、娱乐性高的常见通用设备与基础模块进行了兼容，使得本项目—基于立体光伏太阳能收集系统的可调式多功能帽成为了集户外探险、旅行、日常交通、娱乐、军事等多领域应用价值于一体的综合性创新太阳能应用设备。 1 研制背景及意义 就目前全球形势而言，太阳能收集、储存、应用设备的研制与开发都早已成为热点，但纵观众多的太阳能设备，我们不难发现，对于太阳能的收集，绝大多数设备是采用电池板二维平面式的收集方式，这种收集方式存在很大的弊端，其电池排布方向固定，只能收集到某一特定角度的太阳能，在太阳光线的偏向角改变时，也就是说每天只有在特定的时刻太阳能电池板的工作效率到达最大，其他时候太阳能电池板的工作效率都因太阳光线偏向角而受到影响，这样的太阳能电池板很难有效利用每天任一时刻太阳能，从而对设备的功能造成了较大影响。而对于太阳能收集之后的转化与管理，也存在很大的空白，甚至部分设备没有蓄电池，直接将所收集的太阳能转化为电能供应用设备使用，这样既不方便使用，同时也降低了太阳能的使用效率，如何改进太阳能的储存、管理、使用效率，成为了太阳能开发与利用的一大热点。再者，对于应用设备，目前市场上的太阳能应用设备结构简单、功能单一、可靠性差，只是机械式地传输能量，对于太阳能的利用不能够进行智能判断。针对这样的现状，本项目组综合了国内外已有的概念性太阳能技术，开发出了基于立体光伏太阳能收集系统的可调式多功能帽，本项目一改以往太阳能设备的传统形态，在太阳能的收集方式、太阳能蓄电池的智能管理、太阳能应用设备的综合集成三方面展开大力研究，并取得了极大成果，采用立体光伏太阳能收集系统让全方位收集太阳能成为可能，比传统的太阳能收集装置的收集效率平均高67.87%，采用太阳能蓄电系统则让一天24小时都可以使用太阳能，蓄电池充满后在没有阳光的条件下，全设备开启，可以维持64个小时，同时对太阳能的利用进行了智能管理，不再是以往的机械式传输能量，实现了可调式控制；而对于应用设备的集成，本项目组也跳出以往的框架，大胆采取了多功能集成，将多种在日常应用到的功能集成到了项目中，同时使得全系统兼容，其实用性、美观性、环保性都大大提高。综上三点使得太阳能光伏发电应用技术又上了一个新台阶。 2 设计方案 2.1 整体设计思路 本项目由立体光伏太阳能收集系统、太阳能蓄电系统、太阳能供电系统、可调式控制系统；应用模块有：制冷风扇系统、LED照明系统、通信与GPS全球定位系统、娱乐系统等，这是我们对于帽子的基本构件模块的思路，以下各个部分按照此进行展开。 2.2 立体光伏太阳能收集系统 立体光伏太阳能收集系统是依托可调式控制系统的多角度太阳能收集装置，整个系统通过硬件、软件共同作用而运作，因此设计可以分为两个部分： 1.硬件部分通过三个步骤来实现：选择芯片以及电路元件、连接电路，电路主要包括以下几个方面： （1）光电检测电路的设计：这部分电路要实现的功能是通过光敏元件来判断太阳的朝向，将光信号传送给可调式控制系统。光电检测电路在整个系统中包括三个部分，三部分都是选择光敏二极管作为光电传感器，一是光电追踪模式下的光电检测装置，在此装置中，当光敏二极管的导通和截止向单片机发出信号，作为输入信号，二是为了判断昼夜做了一个检测电路，它接到了外部中断INT0上，当黑夜时，在此检测电路的控制下单片机引脚INT0会检测到低电