太阳能加热器作品申报书终极版.docx

太阳能加热器作品申报书终极版
附件1：

科技创新节
作品申报书

作品名称： 槽式太阳能锅炉水预热系统

系部全称：

申报者姓名
（集体名称）：

类别：
□自然科学类学术论文
□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文
□科技发明制作A类
□科技发明制作B类

科技创新节竞赛组委会制
2014年3月
A．申报者情况

说明：必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写；

申报者情况
姓 名

性别

出生
年月

作品全称
槽式太阳能锅炉水预热系统
专业、年级、班级

联系
电话

合作者情况
姓 名
性别
年龄
专业、年级、班级
联系电话

B3．申报作品情况（科技发明制作）

说明：
1、必须由申报者本人填写；
2、作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。

作品全称

作品分类
（A）A．机械及控制（包括机械、仪器仪表、自动化控
制、工程、交通、建筑等）
B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）
C．数理（包括数学、物理、地球及空间科学等）
D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健
康、卫生、食品等）
E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化
工、生态、环保等）
作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标
本项目研究目的：
随着人口的增长，人类对食物、能源和水资源的需求也随之增加。地球在几千万年积累下来的能源（如石油、煤炭、天然气等），人类在短短的几百年内将会消耗掉，面对能源危机和生态危机，各国正在寻求新的出路，开发可再生能源被世界各国认为是可以缓解能源和生态危机的一种有效途径。锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。电力、机械、冶 金、化工、纺织、造纸、食品等行业 , 以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。将新鲜水从常温开始加热无疑会消耗大量的不可再生能源。如果能设计一个利用太阳能给锅炉水进行预热的系统。那么将会节省很大一部分能源消耗，同时也大大减小生产对环境的破坏。
研究内容：
设计一个利用太阳能为锅炉系统提供热水或热能的装置。使用此系统时，系统对锅炉进行初步预热。自来水进入处理器后，直接进入太阳能系统加热，然后将加热后的水送至锅炉，来提高锅炉用水的初始温度，从而达到了节省能源的目的。该设备无需外接供电设备，自身利用太阳能供电，并能储存电能。
槽式太阳能水预热系统的结构如图1所示。其工作原理如下：槽式反光镜由一个圆弧面的反光材料制成，弧面的圆心上放置一根集热管。由此，照射到反光材料的光汇聚到集热管上。在集热管类加入水，则水会被太阳光加热而升温。通过增加反光镜的开口度和长度，则可以使得水在流过集热管后获得可观的水温提升。
把温度升高后的水再送入普通的锅炉，则可以减少锅炉对其他能源的损耗。有效节约能源。对于传统的使用原煤的锅炉而言，可以有效节约原煤的使用量，降低碳排放。
由于太阳的角度时刻变化着，为了能够保证阳光汇聚到集热管，就需要推动反光槽随着太阳而转动，也就是要具有追光的功能。如何追光是槽式太阳能应用的控制核心。
集热管

图1 槽式太阳能工作结构示意图
主要研究问题：
1、 追光传感器系统的设计，该系统需要能够识别出太阳光的方位，辨别出阴天，雨天，晴天；
2、 控制系统的设计。该控制系统需要能够根据追光传感器发出的信号控制电机的转动，并且保证可靠的实现追光；
3、 追光算法和自动控制算法的实现。电机转动需要使用电能，太阳时时刻刻都在动，如何保证尽量少的启动电机以减少电能损耗是本项目的核心算法。
4、 对于阵雨，多云等天气，太阳的角度变化不连续，其追光的实现方式变得困难。
5、 能够自动控制集热管的水流，以保证水的温度提升量可控也是本项目的一个扩展研究问题。
项目创新点和特色：
1、 使用太阳热能，把光能直接转化成热能。转化效率高 
2、 使用太阳能提升锅炉的进水温度，从而减少对其他能源的利用率。对于节能减排，减少空气污染具有重大意义。
3、 自制太阳自动跟踪传感器，能够检测太阳的方位。
4、 自主研发反光槽控制系统。
基本思路
本项目主要研究追光系统和控制系统的实现。通过光传感器测量太阳光的强弱，以判断太阳光的入射角度。通过单片机进行计算，然后控制交流电机的启动和停止，以确保太阳光直射到放光槽上。系统框图如图2所示。

图2 .系统框图
1、光照传感器由四个光敏电阻组成。利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理,将四个光敏电阻用垂直塑料板隔开,太阳光垂直照射时,四个光敏电阻受相同的光照强度照射,光敏电阻上电流相等,电机不转动。当太阳光倾斜入射时,由于隔板的遮挡使得背光测光敏电阻阻值变大从而使得流过电阻电流变小。输给单片机的电流信号存在差值,使电机带动反射镜转动完成跟踪。光电跟踪精度高,结构设计简单;
2、角度传感器由陀螺垂直仪构成。利用陀螺垂直仪判定集热器转动角度便于集热器复位。
3、单片机系统由ATmega 8 单片机组成，该单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流（灌电流）10～40 mA，可直接驱动可控硅SCR或继电器。单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。节省了外围驱动器件。
4、转向系统由交流电机电机、减速器、水平转台组成。传动机构流程为:交流电机-减速器-水平转台-反射镜。

作品的科学性先进性（必须说明及现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）
本项目特点及创新之处：
1、 太阳能加热器吸取太阳的热量，加热管道中的水，通过整体能源系统的设计可为锅炉、热泵等提供基础热水，通过管路输送至各热点使用。
2、 具有自动跟踪太阳功能，及固定式相比能最大程度的利用太阳能。
3、 采用抛物面聚光。节约制作成本。相比真空玻璃管使用寿命更长。
4、 太阳能热水器系统全自动静态运行，无需专人看管、无噪音、无污染、无漏电、失火、中毒等危险，安全可靠。
作品可展
示的形式
□实物、产品 □模型 □图纸
□现场演示 □图片 □录像 □样品
使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明、市场分析和经济效益预测
本产品是一个太阳能加热系统。可对生产生活用水进行加热。再送至用水点。使用时只需将该系统放置在有阳光照射的地域接上输入水管和输出水管即可自动工作。
随着传统能源成本的不断上升及环境的持续恶化，该产品能广泛应用于居民住宅、别墅、酒店、旅游风景区、科技园区、医院、学校、工业厂区、农业种植养殖区等众多领域，针对不同领域热水使用情况进行合理设计及配置，达到能源的综合利用，降低成本投入。本产品制作成本低市场潜力非常大。正是如此使得该产品具有很大推广性。
可否申报专利

C.当前国内外同类课题研究水平概述

目前市场上已经有了一些类型的太阳能预热系统。首先这类预热系统的集热器工作原理都是阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水便轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。其次，这类集热器都采用了阳光直接照射于吸热管加热。虽然使用方便但是任然存在这很大的缺陷。由于大量使用了真空玻璃管所以其制作成本高。且太阳光的吸收面积非常小。因此没能充分的利用太阳能。集热器的采光板必须安装在屋顶上，既庞大笨重，又影响建筑美观（越是高档住宅区越明显），还容易损坏屋顶防水层。而且无法跟随太阳位置的变化而移动。从而使得集热器仅仅是正午时吸收到的热量才比较多。再者，这类集热器的结构复杂，给后期维护带来了很多不必要的麻烦。这也就使得目前市面上的太阳能预热系统其成本高但预热效率不高的问题。

D.指导老师情况及对作品的说明
说明：此表由指导老师本人填写

推荐者情况
姓 名

性别
男
年龄

职称

所在系部

单位电话

本人电话

请对申报作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出评价

太阳热能的利用是除太阳能电池之外，太阳能应用的一个重要领域。目前市面上主要应用的是家用的太阳能热水器。太阳热发电则是世界上正在研究的热点问题。此项目中，学生发现了利用槽式反射镜收集太阳热以加热水，其效率比普通家用太阳能热水器效率高。在工业上使用锅炉的企业不在少数。因此该项目的研究具有很大的节能意义。若实验成功，将会具有很大的意义和推广价值。
分团委意见

（盖章）
年 月 日

E．组委会意见

评委意见
（是否立项以及修改建议）

评委（签名）
年 月 日
评委组审查结果
评委组审查结果

□立项 □不立项

（团委盖章）
年 月 日

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