《山东大学国家级大学生创新训练项目申请书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东大学国家级大学生创新训练项目申请书（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 “国家级大学生创新创业训练计划”项目申报书学 院： 工程训练中心项目名称：新型光伏板跟踪转向及自动除尘装置项目类型：负 责 人：创新训练项目朱建强指导教师：刘甜甜、秦峰山东大学本科生院二 一五年五月2 填 写 说 明一、申报书须逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无” 。二、 项目由全日制本科生提出申请， 原则上以一至三年级学生为主。申请者要品学兼优、学有余力，有较强的独立思考能力和创新意识，对科学研究、 科技活动或社会实践有浓厚的兴趣；参与学生要自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验；注重创新训练项目实施过程，强调项目实施过程中学生在创新思维和创新实践方面的收
2、获。三、申请者可以是个人或团队，团队总人数不得超过 5 人。四、申请书中第一次出现外文名词时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使用缩写。五、表格中的字体小四号仿宋体， 1.5 倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用 A4 纸打印，于左侧装订成册。3 项目名称 新型光伏板跟踪转向及自动除尘装置 项目周期 一年项目负责人 朱建强 学号 201205163281 年 级 2012 级专 业 机械设计制造 及其自动化 电话 18366114953 E-mail 项目组其他成员姓 名 学 号 学院名称 专 业 年级 联系电话王萌 201300160177 机械工程 学院 工业工程 2
3、013 级 15866703002 路宜霖 201200163116 机械工程 学院 机制 2012 级 18366113646 滕茂波 201200163169 机械工程 学院 机设 2012 级 18906442578 王艳芸 201200163191 机械工程 学院 机设 2012 级 18366117169 指导教师姓名 刘甜甜、秦峰 性别 男 联系方式刘甜甜 13791006535 秦峰 13075307299 一、 项目研究背景在当今油、碳等能源短缺的现状下，人类最为普遍使用的化石能源即将枯竭。全球己探明的石油储量只能用到 2020 年，天然气只能用到 2050 年左右，煤炭也只能
4、维持一两百年可见，矿物燃料非常有限，远远不能满足各国都加紧了发展光伏的步伐。由于太阳能具有取之不尽、用之不竭的特点，世界各国纷纷将太阳能光伏发电产业作为破解人类日益凸显的能源和环境问题的战略产业来予以大力支持，推动全球太阳能光伏发电产业迅猛发展。我国太阳能资源十分丰富，适宜太阳能发电的国土面积和建筑物受光面积也很大，具有大规模开发利用太阳能的资源潜力。限制太阳能的主要问题有占地面积大，成本高，面对成本问题，国内外学者正致力于研究如何提高太阳能的利用率进而提高光伏发电效率来降低光伏发电成本。提高光伏发电系统的发电效率主要有四种途径 : 第一，在同样光照强度下，同等条件下，提高太阳能电池本身的光电
5、转换效率 ; 第二，采用聚光器，来增加光伏电池单位面积上光照强度进而增加太阳能电池板的功率输出 ; 第三，因光伏电池的输出是非线性的，采用 MPPT（最大功率点跟踪太阳能控制器）技术使光伏电池工作在最大功率输出点处 ; 第四，追日跟踪，使太阳光垂直照射到太阳能电池板上，充分接收太阳能进而提高发电效率。在追日跟踪控制系统中，根据跟踪装置的轴数，可分为单轴跟踪和双轴跟踪两种 ; 在跟踪方法上，分为光电式、时钟式、程序控制式等等。而影响效率的还有光伏板表面灰尘，太阳能电池板表面在户外环境中常常会有积灰，从而影响到整个光伏发电系统的发电效率。一般情况下，电池板上的积灰会造成光伏系统 7到 18输出损失
6、。这种现象在缺雨少水的北方地区特别严重。并且大多数光伏发电站都建立在沙漠边缘，刮风扬沙的恶劣天气比较频繁，因此，清理太阳能电池板积灰和开发有利于积灰清理的新型太阳能电池板是十分必要的。4 二、项目立论依据1. 项目研究目的和意义如何提高太阳能的利用率， 是当前国内外学者的研究热点。 解决这一问题从两个方面入手，一是提高太阳能装置的能量转换率，二是提高太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，技术难度大，目前进展缓慢 ; 而后者利用现有的技术可大幅提高接收效率，特别是太阳能跟踪系统为解决这一问题提供了可能。实际上，不管哪种太阳能发电系统，如果要提高太阳能的利用率，则必须对太阳进行实时跟踪，时刻保持
7、电池板正对太阳。理论分析表明，太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差 37.7%，因此精确的跟踪控制系统可使太阳能发电系统的效率大大提高，进而提高了太阳能发电系统的太阳能利用率，拓宽了太阳能的利用；但是考虑到实时跟踪方案持续控制系统及机械装置供电会造成能源的大量损耗，并且太阳位置的变化是缓慢的，所以我们未采用实时跟踪技术，而是采用间歇式定时跟踪，方案实施难度降低，并且在能源的收益与电机的损耗之间找到最佳的净收益解决方案。另外，影响效率的还有光伏板表面灰尘，太阳能电池板表面在户外环境中常常会有积灰，从而影响到整个光伏发电系统的发电效率。一般情况下，电池板上的积灰会造成光伏系统 7到 18输出损失。
8、 这种现象在缺雨少水的北方地区特别严重。 并且大多数光伏发电站都建立在沙漠边缘，刮风扬沙的恶劣天气比较频繁，因此，清理太阳能电池板积灰和开发有利于积灰清理的新型太阳能电池板是十分必要的。2国内外研究现状在选定课题之前，团队对目前光伏产业产品做过大量的资料收集和前期调研工作。目前国内市场上光伏发电基本采用静止式支架，即采用支架使光伏板始终面向一个角度；据我们收集到的相关沦为及资料，全球最大的光能发电站 2006 年 9 月在德国南部巴伐利亚投入使用，起发电总容量达 12 兆瓦，该发电厂拥有 1400 多个可移动式太阳能吸热发电板，正由于采用了跟踪控制装置，使这家发电厂的发电能力比普通太阳能电厂高
9、出 35%。（南京航空航天大学 2013年硕士论文太阳能发电自动跟踪控制系统的研究与实现 _丁伟）光伏板的转向具有很大的现实意义。目前市场上存在的转向装置是采用极轴式转向方案，该方案可以灵活的控制光伏板实现较大角度范围内的转向，但是存在的主要问题是转向装置利用效率不高，一套转向装置只能控制极少量的光伏板实现转向，并且极轴式方案中，电池板只通过一根轴跟地面实现固定和链接，造成机械装置抗风稳定性差等弊端。在除尘方面，我们同样查阅了大量资料，除尘在世界范围内都是一个难题，有研究在新材料方面做过大量尝试，但是尘土堆积问题一直得不到一种较好的解决方法。目前采用的更多的是人工除尘方式，所以研制一种可以替代
10、人工的且可以大量推广的除尘装置也具有相当强的现实意义。我们分析了现有技术，提出一套结合转向与除尘的综合解决方案。三、项目实施方案5 1 项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题新型光伏板跟踪转向及自动除尘系统，我们的设计方案创新之处就在于巧妙地将光伏板跟踪转向及除尘装置结合在一起。且相对于传统设计方案，转向装置做出完全不同的设计理念，从而大幅度提高光能利用率。我们的研究目标是研制出一套可实现光伏板转向与除尘功能并且将这两个功能完美融合的综合解决方案。并且使产品拥有广阔的应用前景。本产品研制之初面向大型发电站，但是在工训秦岭老师的指导下，我们转向让产品具有更强的适用性，既可以面向大型电站规模光伏
11、发电设备，又可以很好的适应于家庭式光伏发电装置。本产品的研究内容只要有两个方面，转向及除尘。由这两个功能催生其他研究领域。包括转向角度的计算及其实现、光强检测系统的设计、步进电机驱动程序的设计、机械机构的运动及其实现等；另外，在接下里的研究中，我们为了让产品具有更强的适用性及科技含金量，我们将会在产品中加入 GPS模块，使产品适用于不同纬度全球各地的转向设置，另外我们在产品中加入风力传感器，当风速过大时，产品启动安全模式，可以有效保护倾斜的光伏板不被大风损毁。本方案简单可行，对于日益蓬勃发展的光伏产业而言，具有巨大的利用价值和开发前景。2 项目的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析本产品应
12、用于光能发电领域，光伏板跟踪转向及自动除尘装置，对于产品的第一大功能光强的感知与检测，我们采用将光敏电阻通过 AD 采样送入单片机获得晴天阴天信息，在晴天时装置工作跟综太阳能发电，在阴天是停止工作 , 对于产品的第二大功能二维定向跟综转向，由于实施追踪转向浪费能量而且装置寿命低，我们放弃了光伏板实时随太阳转动的想法，而是据科学计算采用每天六次调整光伏板方向的方案， 通过控制电路在预定的 8am， 10am， 11am， 1pm，2pm， 4pm， 8pm七次开启步进电动机，实现对太阳角度的跟踪，应用 DS1302控制光伏板机构的七次转向。利用 L298N电动机驱动模块来带动 2 个步进电机工作
13、，应用三个继电器控制配合程序控制三个电动机驱动的供电状态此外。还增加了液晶显示部分，实时显示时间，天气状况，转动角度， 构成全中文人机交互图形界面。 其超低功耗性能对于太阳能电池板的节电非常有利，实现光伏板的转向。除尘部分采取了比较简单方便的毛刷平移前进清扫的方式，使用减速电机带动同步带运动，同步带与毛刷连接，同步带的运动带动毛刷平动，在运动到光伏板一端时触碰行程开关，电动机反转，实现往复清洁。毛刷紧贴光伏板扫过光伏板表面，利用摩擦力清扫光伏板，实现光伏板表面的清洁，保证光伏板的清洁性，进而增大光伏板对光的吸收率。本作品的研究方法多种多样，我们在方案的设计上借鉴现有产品及现有研究论文资料，对比
14、分析现有方案与我们的方案的优缺点，有针对性的进行改进设计。通过建模模拟我们的作品机构运动确定最终方案。在项目方案的制定上我们主要采用的查阅资料与理论分析与建模模拟的方式进行研究。在产品收益与市场前景的研究上，我们同样查阅了大量的论文资料与以前的实验数据，当然实物模型建造完毕后，我们将会采用实验法实际测算收益性。技术路线方面，因为团队成员大多为本科大三学生，已经具备了比较强的专业技能。机械机构上我们将会采用建模绘制图纸实际制造三部程序进行的设计制造。控制领域同样拥有专业同学进行前期设计与后期的制造步骤。步骤清晰、分工明确。6 本产品的实验主要是针对产品收益与支出的实际效益的测算上。我们主要采用对
15、比试验的方式。我们的产品可以实现转向与除尘功能，那么我们将会分别设计静止与转向实验、除尘与积尘实验，进行持续性实验探究。可行性分析，在前期的设计中基本可以确定技术领域产品不存在问题，我们的技术要求在现在的技术能力均可实现。可行性分析主要存在产品的应用前景中。由于产品设计初衷就是为了解决实际问题 （校外企业到工训寻求除尘解决方案） ， 所以我们的作品具有较强的应用价值。另外，我们预想的产品应用前景列举如下：应用前景：（ 1）小型民用，可应用于家庭发电使用，供给小功率电器；减少家庭用电量，降低家庭支出，大范围普及使用，使得火力电用量大大降低，减少污染。（ 2）大型发电， 可进行系统延伸，用于大规模
16、发电厂家， 延伸驱动轴，扩大设备发电功率；采用大型太阳能发电，可降低对水利、火力发电的依赖性，以及自然资源的需求，实现可持续化发展。（ 3）设备延伸时，可以最大程度提高光伏板排列的紧密性，提高空间利用率；在单位空间发电总量得到极大的提高。（ 4）操作简单，一次设定，可长期使用；对控制系统进行一次，该系统可进行自动运转，自动规避阴天和大风，安全，使用寿命高。（ 5）自带除尘装置，可适用于灰尘较多的地方；适用范围广，不局限于灰尘的影响。在重工业区使用，可以有效提高发电效率，提高发电量，缓解用电压力。（ 6）不需要时时维护；一次调控，可无需管理，自动运行。结构适用性强，适合各种复杂环境，对维护需求小。3本项目的创新之处（ 1） 分步太阳光跟踪 （间歇式跟踪） ； 市面上的光伏发电机构主要有两种， 一种完全跟踪阳光，一种不跟踪， 这两种方式分别存在着不同的弊端， 第一种是能源浪费， 虽然可以提高发电效率，但是实时跟踪过程需要给电机始终保持供电状态，所以会造成电能的浪费；第二种则是
