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一种便携式太阳能电池板自动旋转支架

叶尔那尔·木拉尔,戴楚彦,刘书昊,沈博昌

(东北林业大学工程技术学院,黑龙江哈尔滨 150040)

[摘 要] 为解决偏远山区牧民用电困难问题,结合牧区太阳能资源丰富的特点,设计了结构简单、低廉的可拆卸便携式太阳能电池板支架.该支架用单片机控制九个位置定时旋转的方式跟踪太阳,旋转机构采用机械与电磁联动方式工作,支架整体可拆卸便于牧民搬迁时携带.

[关键 词]自动跟踪;太阳能电池板支架;单片机控制系统;电磁铁;装置

[中图分类号] TM914 [文献标志码]A [文章编号]2096-0603(2016)10-0012-02

太阳能是一种可再生能源,因其清洁、环保、永不枯竭的优点正得到广泛的推广.在偏远山区,因电网无法到达该地区使其成为主要的供电能源.太阳能电池板解决了当地牧民晚上照明用电困难和日常生活中通讯工具无法正常使用等问题.偏远山区居民还在用朝向固定的传统便携式太阳能电池板,朝向固定的太阳能电池板虽然低廉、便于携带,但其需人工调节方向,太阳能转换效率低,所以无法满足当地居民的日常需求.市场上虽有很多先进的高智能传感器式的太阳能电池板支架,但其昂贵,不易于携带且抗风能力和稳定性上有很多不足.因此,很难被偏远山区的牧民接受.本文介绍一种低廉、结构简单和便于携带的太阳能电池板自动旋转支架,从而解决偏远山区牧民用电困难问题.

一、总体方案设计

针对便于偏远山区游牧民携带的问题,将太阳能支架设计成可拆装的结构.太阳能电池板托架和支撑杆之间、支撑杆和底座之间是可拆卸组装的.安装在底座上的棘轮可以带动支撑杆旋转,棘轮的拨杆和电磁铁的活动衔铁相连接,通过单片机系统控制电磁铁实现棘轮的转动,从而控制太阳能电池板的朝向.根据太阳的运动规律设置9个位置,电池板起始位置为东偏南30度角,即机器工作至8点钟电池板朝向;机器每工作1个小时电池板旋转15度角;机器工作至当地时间正午12点钟时电池板朝向为正南方向;电池板的终点位置为南偏西60度角,即机器工作至下午4点钟电池板朝向.底盘上设有自锁装置,能在每个位置进行自锁,使装置在停止工作时能锁死棘轮结构,从而达到较好的抗外界干扰的效果.支架的自动旋转是由单片机系统控制,以单片机系统时钟为基准,在每个时间点上控制电磁铁完成棘轮的转动控制,实现太阳能电池板的位置变换.

二、支架系统机械结构部分设计

太阳能电池板托架采用框架式结构,可以固定一定尺寸范围内的太阳能电池板.托架与支撑杆由销钉连接,支撑杆与托架之间可拆装并且可调节托架轴向倾斜度.太阳能电池板托架的正面安装太阳能电池板,背面安装单片机系统控制箱.

支撑杆与棘轮机构由销钉相连接,棘轮结构带动支撑杆旋转,从而使太阳能电池板旋转.棘轮机构由与电磁铁活动衔铁相连的拨杆带动旋转,电磁铁A通电吸合拨杆,拨杆拨动齿轮,电磁铁A断电拨杆回到初始位置,即完成一次运动,重复此动作完成棘轮的旋转,使太阳能电池板旋转到指定的位置.在棘轮9个指定的位置上有定位孔,底盘上有自锁装置,自锁装置由电磁铁B和自锁销钉组成.当电池板旋转到指定位置棘轮上的销钉孔正好对准自锁装置上销钉位置,电磁铁B断电销钉吸合完成自锁,锁定电池板位置.

三、电控部分设计

单片机系统由12V转5V的DCDC模块供电,采用DS1302模块作为系统时钟,两个继电器模块分别控制两个电磁铁A和B.控制面板上有程序启动按钮、程序停止按钮、电源开关、解锁按钮.系统启动之前,将电池板调到初始位置,使其朝向为东偏南30度角.打开面板上电源开关后,按启动程序按钮,程序启动单片机读取内置时钟时间.若系统时间在早上9点之前,则装置保持初始状态;若系统时间在9点之后,单片机则根据内部算法计算出所需转动到的位置并控制棘轮进行旋转.若要保持现有角度,则电磁铁A断电,电磁铁B断电;若需要进行转动,则电磁铁B通电,装置解除锁定,电磁铁A通电,吸引拨杆摆动来拨动棘轮使棘轮旋转,重复此过程直到棘轮旋转到指定位置.当时间到下午16点时,装置自动停止工作并保持现有状态.单片机系统硬件原理图和软件程序框图如图3和图4所示.

朝向固定的太阳能电池板支架成本低、结构简单,便于游牧民迁居时携带,但此类支架结构简陋、使用寿命短,需人工调节太阳能电池板朝向来跟踪太阳,对太阳能的利用率低,因此,无法满足牧民的正常需求.市场上的单双轴跟踪的太阳能支架结构笨重、不易于携带且成本高,它依靠电机传动,实时跟踪太阳方向,导致电机长时间处于工作状态,长期受到外界风力等诸多环境因素的影响使电机容易被烧坏,并缩短其使用寿命.而高智能传感器式的自动旋转支架易受山区恶劣环境的影响,有很大的局限性.本文介绍的太阳能电池自动旋转支架具有很好的抗外界干扰能力、稳定性强,便于游牧民迁居时携带使用,而且无需人工调整就能跟踪太阳方向,对太阳能的利用率高,能有效地满足游牧民日常生活中的用电需求.

参考文献:

[1]付允,马永欢,刘怡君,牛文元.低碳经济发展模式研究[J].中国人口资源与环境,2008(3):14-19.

[2]薛建国.基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计[J].长春师范学院报,2005(3):26-30.

[3]闫秋娟,蒋猛.太阳能电池板自动跟踪装置的研究进展[J].科技创新与应用,2013(14):14-15.

太阳能电池论文范文结:

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