基于仿向阳植物的球体聚光式太阳能移动电源的分析与研究毕业论文.doc

基于仿向阳植物的球体聚光式太阳 能移动电源的分析与研究 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 31 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 基于仿向阳植物的球体聚光式太阳 能移动电源的分析与研究 摘要： 本项目通过综合运用光学、电子学、数学以及地理等跨学科的知识对比和分析，采取多种手段组合，提高太阳能电能储存装置的效率，使其更加广泛和有效地运用于野外作业、军事作战和旅行途中的工作和生活设备。主要提出并分析了两种提高光电利用率的方案，一是平板跟踪式的太阳能电池，以光敏电阻采光，简单电子电路构成的自动控制系统实现自动追光装置；二是球体聚光式的太阳能电池薄膜（柔性），以光的反射提高光电利用效率。通过理论计算，确定了在有限空间内使用时所需反射镜的形状，以及在特殊自然环境中，直接利用地面较强的反射光（例如冰川，雪地）的可行性和太阳能电池板的光电利用率。并且将两种方案应用于移动电源，白天储存电能，夜晚启动LED照明灯，通过分析与对比，达到提高装置发电效率的目的。 该项目从实际出发，充分考虑外界环境的特殊性与局限性，研究了提高太阳能电池板的光电利用率的两种方案，通过增大光照有效面积，光线来源范围等多个途径实现了光电利用率的提高，方案二是在方案一的基础上，紧扣不同季节、时间和位置条件下，延伸解决可接收太阳光面积这一影响太阳利用率的核心，创新提出了利用新材料制作新形状的太阳能电池研究以及借助“大自然的反光镜”的新想法。本项目弥补了特定环境下，不便利用太阳能的缺陷，拓展了太阳能电池的使用范围。有节能环保，绿色安全，经济实惠的优点，也有一定创新。 关键词：太阳能；仿生学；自动追光系统；柔性电池板；光反射； 一、研究背景 太阳能作为一种零污染，储量大，空间限制小的清洁能源，是当今科学家开发的新能源之一。然而，密度低、分散性大、不稳定性大以及空间分布不断变化的缺点，使得太阳能的利用率较低。受日昼、天气、季节和地理位置等相关因素的影响，太阳能稳定性存在缺陷，甚至不得不为其配置其他辅助能源以确保设备的正常运转，因此如何提高太阳能的利用效率便成为国内外研究的热点。 目前，世界太阳能光伏发电产业还处于初级阶段，为提高太阳能光伏发电效率，需要做好以下工作：首先，继续研制太阳能电池新材料，提高电池的光电转化效率；其次，研究太阳能光伏电池最大功率跟踪，实现太阳光最大功率跟踪；再次，研究太阳能光伏电池阵列的优化组合算法，实现太阳能光伏电池阵列的优化组合。 可见研究如何提高太阳能的利用效率具有很大的意义——既可以减少污染，又可以降低成本。利用这种新能源实现光——电转换，在当今推崇低碳环保的社会背景之下有着良好的前景。 我国于1958年开始研究太阳能，20世纪80年代以后得到迅速发展。目前，国内的光电应用主要集中在通信领域，市场占有率约50 %。独立光伏电站和户用光伏电源系统市场占有率约30 %。光伏发电虽然应用范围遍及各行各业，但影响最大的应是建材与建筑领域，即将太阳能电池制成屋面和墙体。时至今日，太阳能已经广泛运用于军事、科技、生产和人民生活的各个领域，成为继煤、石油、天然气、水等，人们广泛运用的能源之一。 其中提高太阳能光电转换功率，首先需要提高对光的吸收的量，而这个量又直接受到接收太阳光线的电池板的有效面积、日照的时间以及电池板自身的性质相关。 假设：太阳能电池板的光电利用率为常数α（单位：W/(m^2*S)）；电池板的有效面积为S；日照时间为T；转换功率为P；则： P=α*S*T 其中：有效面积又受到电池板的实际面积和太阳光及其角度有关，实现对太阳的精确跟踪是提高电池板接受光线的有效面积的途径之一。光照时间可以利用 灯光来实现延长。电池板的自身性质与其种类有关，通过对比实验可以筛选出利用率较高的太阳能电池板。 目前，国内的民用太阳能装置绝大部分采用固定式安装，很少一部分为太阳跟踪装置。 采用固定式安装的产品太阳能的采集及利用率较低，尤其在早晨和傍晚，太阳能的利用率几乎为 0，长远投资成本大，性价比较低。 而采用光学传感器技术的产品虽然可以实现太阳能装臵姿态的调整，而太阳跟踪的方式主要有光电式和机械式。机械式为主动跟踪，其原理是通过程序计算出太阳位置，控制步进电机来跟踪太阳，而光电式为被动跟踪。目前国内大多数采用机械式进行跟踪，且由于无法检测，使得累计误差逐渐增大，部分需要手动干预，是追光的效果降低。而光电式，又通常以单片机或计算器为主，通过内置芯片的预设程序，实现对太阳的跟踪；但是装置一般在室外，长期暴露在阳光下，设备易于损坏