基于光伏、光热发电的全太阳能驱动小车

王浩瑜

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714004

摘要：随着人类社会的发展，人类社会对能源的需求越来越高，特别是对石油的需求，更进一步来说，石油消费给地球生态环境造成了巨大的危害，雾霾、酸雨等生态问题日益突出，因此，减少对石油的消耗将有巨大的经济、生态效益。

在石油的消耗中，汽车行业占了绝大部分，每天汽车都会消耗数量巨大的石油，因此，我们将探索一种全太阳能驱动的太阳能小车。先将太阳能转换为电能，再用电动机驱动小车运动。

为了展现现阶段太阳能利用的两种主要方式，我们的小车采用太阳能光伏发电和太阳能光热发电两种发电方式：光伏发电采用环形超薄太阳能板；光热发电采用斯特林机，其热源是抛物面聚焦的太阳光。

关键词：控制方便；光热联合发电；清洁无污染

1 项目背景及其意义

经济发展与能源日益短缺的矛盾一直都是现代社会面临的一大难题，资源的紧缺和能源成本的持续增长使得众多发达国家将注意的目光转向了新能源，其中太阳能光伏发电的应用备受重视。

在相同条件下，采用太阳能電池板跟踪控制要比固定发电设备的发电量大大提高。因此，设计开发能自动跟踪太阳光线照射的控制系统，非常有研究价值。我们设计了一款光伏、光热发电的太阳能驱动小车。

2 作品介绍

在机械设计方面，在车底座安放电动机J，以联轴器与上方托盘相连接，使上面托盘实现水平方向旋转。托盘内斯特林机用夹套挟持并固定在托盘上，在托盘一侧安装电动机W，连接斯特林机夹套实现上下转动。通过以上两个维度实现对太阳光的全方位追踪。

在能源产生方面，定制环形太阳能电池板收集太阳能，利用聚光罩加热斯特林机进行光伏发电。

在智能控制方面，采集板上使用四个光敏电阻，从四个光敏电阻采集的信号上判断哪一个采集到的光强度大，从而控制采集板移动，使采集板正对光源。

3 创新点

3.1 全太阳能驱动

随着现代能源的巨量消耗、环境严重污染，太阳能作为一种清洁能源备受人们重视，我们以一个小车模型，探究太阳能更广泛、更高效的利用。目前太阳能光伏发电、光热发电有广泛利用，但两个结合使用市面上比较少见，此模型小车结合光伏、光热两种太阳能利用方式，更高效地利用了太阳能。

3.2 太阳能追踪

本产品适用于对现有的太阳能收集装置的改良，随着太阳能的广泛应用，传统的固定式太阳能接收，不能够实时有效地接受到最多的太阳能。太阳能追踪系统就能够弥补这一缺点，能自动追踪最强光照。

对比两者发电：用两块参数相同的太阳能电池板，一块固定朝南略偏西放置，另一块安装在自动跟踪器上，分别测试这太阳能电池板的发电功率。下图是晴朗的天气下得到的上述两块太阳能光伏发电功率对比曲线图。

4 改进方向

作为初期产品，该模型的设计初衷以得到体现，其核心功能已经基本实现，但还存在以下几个不足之处。

4.1 解决绕线问题

由于小车底座电机要与上端太阳能电池板以导线相连接，所以如果小车一直绕同一个方向旋转，则导线会绕在轴上。考虑在水平托盘上安装指示器，当小车按一定方向旋转一个角度时，会与指示器指针接触，则停止该方向的转动。

4.2 重新规划光敏电阻分布

目前4个光敏电阻分布在太阳能电池板的同一位置，由此导致的缺陷是，该装置检测的是圆周这一点的最强光照。故應考虑将四个光敏电阻均匀分布到电池板的四周，此时，小车旋转停留位置才是最强光照位置。

4.3 对产品进行美化包装

导线分布杂乱，可适当优化各个部分的位置，隐藏不必要的内部结构，使其不易被损坏，更加美观。

参考文献：

[1]张凤鸣.独立光伏系统中蓄电池的作用及选择[J].西山科技，1997，4：3135.

[2]杨义勇，郑凯.机械三维设计实用教程（SolidWorks）[M/CD].北京：清华大学，2013：50220.