基于光伏、光熱發電的全太陽能驅動小車

王浩瑜

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714004

摘要：隨著人類社會的發展，人類社會對能源的需求越來越高，特別是對石油的需求，更進一步來說，石油消費給地球生態環境造成了巨大的危害，霧霾、酸雨等生態問題日益突出，因此，減少對石油的消耗將有巨大的經濟、生態效益。

在石油的消耗中，汽車行業占了絕大部分，每天汽車都會消耗數量巨大的石油，因此，我們將探索一種全太陽能驅動的太陽能小車。先將太陽能轉換為電能，再用電動機驅動小車運動。

為了展現現階段太陽能利用的兩種主要方式，我們的小車采用太陽能光伏發電和太陽能光熱發電兩種發電方式：光伏發電采用環形超薄太陽能板；光熱發電采用斯特林機，其熱源是拋物面聚焦的太陽光。

關鍵詞：控制方便；光熱聯合發電；清潔無污染

1 項目背景及其意義

經濟發展與能源日益短缺的矛盾一直都是現代社會面臨的一大難題，資源的緊缺和能源成本的持續增長使得眾多發達國家將注意的目光轉向了新能源，其中太陽能光伏發電的應用備受重視。

在相同條件下，采用太陽能電池板跟蹤控制要比固定發電設備的發電量大大提高。因此，設計開發能自動跟蹤太陽光線照射的控制系統，非常有研究價值。我們設計了一款光伏、光熱發電的太陽能驅動小車。

2 作品介紹

在機械設計方面，在車底座安放電動機J，以聯軸器與上方托盤相連接，使上面托盤實現水平方向旋轉。托盤內斯特林機用夾套挾持并固定在托盤上，在托盤一側安裝電動機W，連接斯特林機夾套實現上下轉動。通過以上兩個維度實現對太陽光的全方位追蹤。

在能源產生方面，定制環形太陽能電池板收集太陽能，利用聚光罩加熱斯特林機進行光伏發電。

在智能控制方面，采集板上使用四個光敏電阻，從四個光敏電阻采集的信號上判斷哪一個采集到的光強度大，從而控制采集板移動，使采集板正對光源。

3 創新點

3.1 全太陽能驅動

隨著現代能源的巨量消耗、環境嚴重污染，太陽能作為一種清潔能源備受人們重視，我們以一個小車模型，探究太陽能更廣泛、更高效的利用。目前太陽能光伏發電、光熱發電有廣泛利用，但兩個結合使用市面上比較少見，此模型小車結合光伏、光熱兩種太陽能利用方式，更高效地利用了太陽能。

3.2 太陽能追蹤

本產品適用于對現有的太陽能收集裝置的改良，隨著太陽能的廣泛應用，傳統的固定式太陽能接收，不能夠實時有效地接受到最多的太陽能。太陽能追蹤系統就能夠彌補這一缺點，能自動追蹤最強光照。

對比兩者發電：用兩塊參數相同的太陽能電池板，一塊固定朝南略偏西放置，另一塊安裝在自動跟蹤器上，分別測試這太陽能電池板的發電功率。下圖是晴朗的天氣下得到的上述兩塊太陽能光伏發電功率對比曲線圖。

4 改進方向

作為初期產品，該模型的設計初衷以得到體現，其核心功能已經基本實現，但還存在以下幾個不足之處。

4.1 解決繞線問題

由于小車底座電機要與上端太陽能電池板以導線相連接，所以如果小車一直繞同一個方向旋轉，則導線會繞在軸上。考慮在水平托盤上安裝指示器，當小車按一定方向旋轉一個角度時，會與指示器指針接觸，則停止該方向的轉動。

4.2 重新規劃光敏電阻分布

目前4個光敏電阻分布在太陽能電池板的同一位置，由此導致的缺陷是，該裝置檢測的是圓周這一點的最強光照。故應考慮將四個光敏電阻均勻分布到電池板的四周，此時，小車旋轉停留位置才是最強光照位置。

4.3 對產品進行美化包裝

導線分布雜亂，可適當優化各個部分的位置，隱藏不必要的內部結構，使其不易被損壞，更加美觀。

參考文獻：

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