太阳能智能跟踪充电系统.doc
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太阳能智能跟踪充电系统.doc
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目录
绪论
第一章设计分析
1.1当前太阳能利用的现状
第二章太阳能电池板的自动寻光电路
2.1寻光元件
2.2电压比较元件
2.3继电器工作原理
2.4寻光执行机构
2.5寻光电路分析
第三章自动充电电路
3.16V铅蓄电池
3.2防过充保护电路
第四章机械设计
4.1水平旋转设计
4.2上下角度改变设计
第五章调试及性能分析
5.1硬件调试
第六章总结体会
致谢
参考文献
附录
附录1:
硬件电路图
太阳能智能跟踪充电系统
摘要:
太阳能是一种可靠的“永恒”能源,太阳能充电系统就是靠阳光的能量保证负载的正常使用,它利用的能源是太阳能.既省电又环保.其外形可能和其他电器差不多,惟一不同的是,其接又有一块太阳能电池板。
通过聚集和储存太阳能,电器就可正常运作。
太阳能又是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源,与常规能源有很大的区别,这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。
在太阳能利用中,必须使太阳能电池板从日出到日落跟踪太阳,而在太阳能光电中,相同条件下,自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%,成本下降25%。
因此在太阳能利用中,进行跟踪装置的控制方式进行研究是一项很有意义的工作。
太阳能智能跟踪充电系统可以自动跟踪太阳光线调整角度,其不但能水平调整,而且还能上下调整,这就改变了传统的固定角度来接收光能。
目前,中国、西欧等国家的一些地区已经开始使用这种产品。
而随着该产品制造成本的降低.这种充电系统。
关键词:
太阳能 机械自动跟踪 智能 充电
第一章 本项目的研究背景及当前的发展现状
1.1本项目的研究背景
1.1.1国外现状
常规能源资源的有限性和环境压力的增加,使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。
近几年,国际光伏发电迅猛发展。
1973年,美国制定了政府级阳光发电计划;1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投资达8亿多美元;1994年度的财政预算中,光伏发电的预算达7800多万美元,比1993年增加了23.4%;1997年美国和欧洲相继宣布"百万屋顶光伏计划",美国计划到2010年安装1000~3000MW太阳电池。
日本不甘落后,1997年补贴"屋顶光伏计划"的经费高达9200万美元,安装目标是7600Mw。
印度计划
1998-002年太阳电池总产量为150MW,其中2002年为50MW。
国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展,光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。
到目前为止,世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦,电池转换效率提高到15%以上,系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电;在太阳热利用方面,由于技术日趋成熟,应用规模越来越大,仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。
太阳能热发电在技术上也有所突破,目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。
1.1.2国内现状
煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。
我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源,开发利用前景广阔。
太阳能光伏发电应用始于70年代,真正快速发展是在80年代。
在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4.5兆瓦。
目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区,年销售约1.1兆瓦,成效显著。
1.2太阳能智能充电系统的优点
太阳能是一种可靠的“永恒”能源,太阳能充电系统就是靠阳光的能量保证电器的正常使用,它利用的能源是太阳能.既省电又环保.安装时还不需要铺设电缆。
该电器具有蓄电功能.可保证每天天正常工作。
太阳能产品的特点是摆脱了电线的约束,能够任意安装在太阳能够照到的路段。
这点在道路上尤为重要,可以保证各种设施安装的同时也没有铺线的烦恼。
该系统与电力驱动的普通电器相比,它完全可以摆脱电网的束缚。
这种系统最适合应用于那些无法铺设电缆,或者电缆铺设造价太高的地区如偏远山区。
目前,中国、西欧等国家的一些地区已经开始使用这种产品。
这种太阳能充电系统的优点在于利用太阳能自动控制.不用外接电源,夜间无太阳光照射也能工作,并且安装快捷.便于移动。
由于一些地区供电较为紧张,导致该区域的重要公共电器如交通灯因为中途断电无法正常工作,很容易造成交通混乱。
而这种新型系统采用的是清洁能源一太阳能.而且用之不尽.完全不受电的制约。
因此,它特别适用于新建成城市和地区使用.可满足该地区应对紧急停电、限电以及其他突发情况的需要。
1.3项目设计分析
u太阳能电池板:
50W-120W多晶硅太阳能电池板,正常工作寿命15年.
u蓄电池:
6V70AH-6V150AH免维护铅蓄电池,正常工作寿命10年.
第二章太阳能电池板的自动寻光电路
2.1寻光元件
图2.1光敏电阻器结构
光敏电阻器又叫光感电阻,是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时,半导体片(光敏层)内就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。
一般光敏电阻器结构如图2.1所示。
根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:
紫外光敏电阻器:
对紫外线较灵敏,包括硫化镉、
硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。
红外光敏电阻器:
主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。
锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
可见光光敏电阻器:
包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。
2.2电压比较元件
2.2.1LM358双运算放大器概述
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
2.2.2LM358特性
ü内部频率补偿
ü直流电压增益高(约100dB)
ü单位增益频带宽(约1MHz)
ü电源电压范围宽:
单电源(3—30V);双电源(±1.5一±15V)
ü低功耗电流,适合于电池供电
ü低输入偏流
ü低输入失调电压和失调电流
ü共模输入电压范围宽,包括接地
ü差模输入电压范围宽,等于电源电压范围
ü输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
图2.2LM358引脚图
2.3继电器工作原理
2.3.1继电器(relay)的工作原理和特性
当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,使被控制的输出电路导通或断开的电器。
可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)继电器及非电量(如温度、压力、速度等)继电器两大类。
具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
图2.3电磁式继电器原理图
继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
1、电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器如图2.3所示,一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。
当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。
这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2、热敏干簧继电器的工作原理和特性
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。
它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。
热敏干簧继电器不用线圈励磁,而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。
恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
3、固态继电器(SSR)的工作原理和特性
固态继电器是一种两个接线端为输入端,另两个接线端为输出端的四端器件,中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。
按开关型式可分为常开型和常闭型。
按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型,以光电隔离型为最多。
2.3.2继电器主要产品技术参数
1、额定工作电压
是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。
根据继电器的型号不同,可以是交流电压,也可以是直流电压。
2、直流电阻
是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过万能表测量。
3、吸合电流
是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。
在正常使用时,给定的电流必须略大于吸合电流,这样继电器才能稳定地工作。
而对于线圈所加的工作电压,一般不要超过额定工作电压的1.5倍,否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。
4、释放电流
是指继电器产生释放动作的最大电流。
当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时,继电器就会恢复到未通电的释放状态。
这时的电流远远小于吸合电流。
5、触点切换电压和电流
是指继电器允许加载的电压和电流。
它决定了继电器能控制电压和电流的大小,使用时不能超过此值,否则很容易损坏继电器的触点。
2.4寻光执行机构
本设计采用5V直流电机用来调整太阳能电池板的支架,直流电机具有以下特点:
1、调速性能好。
所谓“调速性能”,是指电动机在一定负载的条件下,根据需要,人为地改变电动机的转速。
直流电动机可以在重负载条件下,实现均匀、平滑的无级调速,而且调速范围较宽。
2、起动力矩大。
可以均匀而经济地实现转速调节。
因此,凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械,例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等,都用直流电动机拖动。
为了得到理想的转速,本设计没有直接用直流电机输出的动力来控制电池板支架,而是通过一个简易的变速箱来调整传输比.进而达到速度理想、扭距大的效果.
2.5寻光电路分析
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源,与常规能源有很大的区别,这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。
在太阳能利用中,必须使太阳能电池板从日出到日落跟踪太阳,而在太阳能光电中,相同条
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