1、太阳能自动定向跟踪节能装置（节能试太阳能路灯）产 业 化 项 目可行性研究报告一、项目内容1.1、项目工作范围太 阳 能 自 动 定 向 跟 踪 节 能 装 置 主 要 内 容 是 将 光 电 检 测 技 术 、 光电 定 位 自 动 跟 踪 技 术 和 机 电 控 制 技 术 相 结 合 ， 采 用 四 象 限 光 电 自 动 跟踪 方 式 ， 实 现 太 阳 能 采 集 系 统 的 低 能 耗 精 确 定 向 跟 踪 ， 达 到 节 能 目 的 。同 时 采 用 单 电 机 多 维 控 制 技 术 ， 实 现 由 一 台 电 机 控 制 完 成 垂 直 和 水 平两 个 自 由 度 跟 踪
2、 运 动 ， 可 降 低 跟 踪 系 统 能 耗 和 成 本 。 并 且 利 用 传 感 检测 技 术 、 自 动 控 制 技 术 和 电 源 逆 变 技 术 ， 实 现 充 电 进 程 控 制 、 放 电 进程 控 制 、 跟 踪 过 程 的 控 制 ， 为 完 成 太 阳 能 12 伏 直 流 电 压 到 220 伏正 弦 交 流 电 压 的 转 换 及 太 阳 能 供 电 系 统 与 市 电 的 并 网 做 前 期 准 备 ， 从而 实 现 利 用 太 阳 能 供 电 系 统 对 常 用 电 器 供 电 和 长 期 阴 天 下 雨 无 阳 光 时不 间 断 供 电 。太 阳 能 路 灯
3、系 统 有 负 载 部 分 （ 也 就 是 说 的 光 源 ， 一 般 用 的 是led 的 光 源 ） ， 太 阳 能 电 池 板 （ 发 电 部 分 ） ， 蓄 电 池 （ 储 电 部 分 ） ，控 制 器 （ 控 制 器 电 路 的 部 分 ） ， 灯 杆 ， 和 附 件 。 其 中 负 载 部 分 、 太阳 能 电 池 、 蓄 电 池 、 灯 杆 及 附 件 都 是 很 成 熟 技 术 及 市 场 ， 完 全 由市 场 优 中 选 优 供 给 ， 不 单 独 制 造 。 本 项 目 重 点 依 托 自 己 专 有 核 心 技 术自 动 跟 踪 及 控 制 电 路 生 产 各 种 型 号
4、 路 灯 、 草 坪 灯 等 。1.2、 目 的 及 意 义 ：太 阳 能 接 收 设 备 以 位 置 固 定 方 式 接 收 太 阳 光 的 这 种 接 收 方 式 ， 接收 设 备 只 在 中 午 与 太 阳 光 保 持 垂 直 ， 太 阳 能 接 收 效 率 低 下 。 如 果 让 接收 设 备 全 天 与 太 阳 光 始 终 保 持 垂 直 ， 理 论 计 算 表 明 ： 定 向 跟 踪 的 使 用与 常 规 的 非 定 向 跟 踪 装 置 相 比 ， 可 使 太 阳 能 采 集 效 率 提 高 25%以上 。 目 前 太 阳 能 产 业 技 术 竞 争 的 焦 点 主 要 是 接 收
5、 效 率 之 争 。 可 见 提 高太 阳 能 接 收 效 率 对 整 个 行 业 重 要 程 度 。太 阳 能 作 为 未 来 清 洁 、 高 效 、 永 不 衰 竭 的 绿 色 能 源 之 一 ， 是 解 决环 境 污 染 与 能 源 问 题 的 最 佳 途 径 之 一 。 太 阳 能 技 术 近 年 应 用 越 来 越 广泛 ， 太 阳 能 产 业 已 经 成 为 新 能 源 市 场 中 成 长 速 度 最 快 的 领 域 。二 、 国 内 外 市 场 情 况我 国 是 一 个 能 源 生 产 和 消 费 大 国 。 2006 年 一 次 能 源 消 费 总 量为 24.6 亿 吨 标
6、煤 ， 比 2005 年 增 长 9.3%。 一 次 能 源 品 种 的 消 费 构成 比 例 为 ： 煤 炭 占 69.7%、 石 油 占 20.3%、 天 然 气 占 3.0%、 水 电 占6.0%， 核 电 0.8%， 其 他 0.2 。 煤 炭 在 我 国 能 源 结 构 中 比 例 超 过2/3， 而 比 较 清 洁 的 化 石 燃 料 （ 如 石 油 和 天 然 气 ） 比 例 较 小 ， 与 世 界能 源 结 构 形 成 鲜 明 对 照 。 这 种 情 况 给 我 国 能 源 需 求 和 发 展 带 来 很 大 压力 。2008 年 中 国 能 源 消 费 总 量 28.5 亿
7、吨 标 准 煤 ， 比 上 年 增 长4.0%。 2008 年 中 国 煤 炭 消 费 量 27.4 亿 吨 ， 增 长 3.0%； 原 油 消 费量 3.6 亿 吨 ， 增 长 5.1%； 天 然 气 消 费 量 807 亿 立 方 米 ， 增 长10.1%； 2006 年 ， 中 国 的 原 油 进 口 达 到 1.5 亿 吨 ， 约 占 中 国 原 油总 需 求 量 的 45 ； 2008 年 中 国 石 油 产 品 进 口 大 幅 增 长 ， 国 内 石 油 消费 对 外 依 存 度 达 到 49.8 ， 比 上 年 提 高 1.4 个 百 分 点 。近 年 来 ， 我 国 石 油 消
8、 费 年 平 均 增 长 率 高 达 6.8 。 面 对 不 断 增长 的 需 求 ， 我 国 石 油 对 外 依 存 度 不 断 攀 升 ， 所 面 临 的 石 油 风 险 也 越 来越 大 。 中 国 天 然 气 的 进 口 量 也 在 逐 年 增 加 。 我 国 能 源 结 构 亟 待 改 善 ，但 任 务 非 常 艰 巨 。 我 国 有 丰 富 的 太 阳 能 资 源 ， 为 大 力 发 展 太 阳 能 太 阳能 发 电 提 供 了 有 利 条 件 ,为 从 战 略 上 彻 底 改 善 能 源 结 构 和 能 源 的 可 持续 发 展 提 供 了 有 利 条 件 。2006 年 ， 我
9、 国 太 阳 能 电 池 产 量 370MW， 产 能 1200MW， 同 比 增长 180%； 2007 年 产 量 达 1200MW， 占 世 界 总 产 量 的 30%， 产 能 达3000MW 欧 洲 光 伏 产 业 协 会 (EPIA)发 布 的 数 据 显 示 ： 2008 年 全 球 太阳 能 电 池 产 量 达 6.85GW， 增 速 近 100%， 而 2007 年 的 产 量 为3.44GW。 他 们 估 计 ， 2009 年 因 大 环 境 影 响 ， 太 阳 能 行 业 增 速 将 大 大下 降 ， 但 仍 将 保 持 约 10%增 长 的 增 速 ， 也 就 是 20
10、09 年 太 阳 能 电 池产 量 将 达 到 约 7.5GW， 2009 年 太 阳 能 电 池 产 量 将 长 56%。中 国 太 阳 能 网 2009 年 08 月 13 日 报 告 预 测 ， 电 池 制 造 能 力 今年 将 达 到 170 亿 千 瓦 ， 到 2013 年 将 超 过 420 亿 千 瓦 ， 增 长 率 为49%。 当 电 力 、 煤 炭 、 石 油 等 不 可 再 生 能 源 频 频 告 急 ， 能 源 问 题 日 益成 为 制 约 国 际 社 会 经 济 发 展 的 瓶 颈 时 ， 越 来 越 多 的 国 家 开 始 实 行“阳 光 计 划 ”， 开 发 太 阳
11、 能 资 源 ， 寻 求 经 济 发 展 的 新 动 力 。 太 阳 能 作为 一 种 可 再 生 的 新 能 源 ， 越 来 越 引 起 人 们 的 关 注 。 中 国 蕴 藏 着 丰 富 的太 阳 能 资 源 ， 太 阳 能 利 用 前 景 广 阔 。中 国 光 伏 发 电 产 业 于 20 世 纪 70 年 代 起 步 ， 经 过 30 多 年 的 努力 ， 已 迎 来 了 快 速 发 展 的 新 阶 段 。 在 “光 明 工 程 ”先 导 项 目 和“送 电 到 乡 ”工 程 等 国 家 项 目 及 世 界 光 伏 市 场 的 有 力 拉 动 下 ， 我 国 光伏 发 电 产 业 迅
12、猛 发 展 。 到 2007 年 年 底 ， 全 国 光 伏 系 统 的 累 计 装 机 容量 达 到 10 万 千 瓦 ， 2008 年 太 阳 能 电 池 的 产 量 达 到 了 200 万 千 瓦 。2008 下 半 年 以 来 ， 金 融 风 暴 危 及 到 中 国 ， 让 光 伏 企 业 深 受 影响 ： 订 单 减 少 ， 多 晶 硅 价 格 下 降 。 这 次 金 融 危 机 的 影 响 是 深 远 的 ， 但太 阳 能 以 其 独 特 的 优 势 ， 决 定 了 它 的 发 展 趋 势 并 没 有 也 不 可 能 改 变 。2009 年 国 家 出 台 的 政 策 将 推 动
13、国 内 太 阳 能 发 电 市 场 发 展 ， 在 我 国 政府 强 有 力 的 政 策 引 导 下 ， 光 伏 产 业 不 仅 让 国 内 企 业 看 到 了 机 遇 ， 而且 已 经 吸 引 了 世 界 的 目 光 。 国 务 院 总 理 温 家 宝 于 2009 年 11 月 25日 主 持 召 开 国 务 院 常 务 会 议 ， 研 究 部 署 应 对 气 候 变 化 工 作 ， 决 定 到2020 年 中 国 控 制 温 室 气 体 排 放 的 行 动 目 标 ， 并 提 出 相 应 的 政 策 措 施 和行 动 。 会 议 决 定 ， 到 2020 年 中 国 单 位 国 内 生
14、产 总 值 二 氧 化 碳 排 放 比2005 年 下 降 40%45%。 中 国 科 学 院 党 组 已 正 式 批 准 启 动 实 施 太 阳 能行 动 计 划 ， 该 计 划 以 2050 年 前 后 太 阳 能 作 为 重 要 能 源 为 远 景 目 标 ，并 确 定 了 2015 年 分 布 式 利 用 、 2025 年 替 代 利 用 、 2035 年 规 模 利用 三 个 阶 段 目 标 ， 太 阳 能 产 业 在 中 国 市 场 发 展 前 景 广 阔 。太 阳 能 生 产 厂 家 目 前 有 很 多 家 ， 目 前 都 集 中 在 此 产 业 上 游 产 品太 阳 能 电 池
15、 上 ， 目 前 国 内 基 本 饱 和 ， 但 是 下 游 具 体 应 用 领 域 在 国 内 才刚 刚 开 始 。 虽 然 太 阳 能 发 电 、 太 阳 能 热 水 器 、 太 阳 能 路 灯 等 开 始 应 用 ，但 是 面 对 中 国 巨 大 发 展 市 场 ， 就 像 房 地 产 市 场 一 样 ， 绝 不 是 几 十 家 生产 单 位 就 能 垄 断 的 ， 会 给 此 行 业 新 兴 企 业 带 来 巨 大 发 展 空 间 。三 、 技 术 可 行 性本 项 目 技 术 采 用 北 京 印 刷 学 院 张 博 士 专 利 技 术 ， 一 次 性 全 部 买断 形 式 实 施 。
16、 其 专 利 具 体 情 况 如 下 ：3.1、 技 术 路 线 ： 是 将 光 电 检 测 技 术 、 光 电 定 位 跟 踪 技 术 、 和 机 电 控 制 技 术 相 结 合 ，采 用 分 区 跟 踪 方 式 ， 实 现 太 阳 能 采 集 系 统 的 低 能 耗 定 向 跟 踪 。 同 时 采用 单 电 机 多 维 控 制 技 术 ， 实 现 由 一 台 电 机 控 制 完 成 垂 直 和 水 平 两 个 自由 度 跟 踪 运 动 ， 可 降 低 跟 踪 系 统 能 耗 和 成 本 。 并 且 利 用 传 感 检 测 技 术 、自 动 控 制 技 术 和 电 源 逆 变 技 术 ， 实
17、 现 充 电 进 程 控 制 、 放 电 进 程 控 制 、跟 踪 过 程 的 控 制 ， 为 完 成 太 阳 能 12 伏 直 流 电 压 到 220 伏 正 弦 交 流电 压 的 转 换 及 太 阳 能 供 电 系 统 与 市 电 的 并 网 ， 从 而 实 现 利 用 太 阳 能 供电 系 统 对 常 用 电 器 供 电 和 长 期 阴 天 下 雨 无 阳 光 时 的 不 间 断 供 电 做 准 备工 作 。3.2、 技 术 方 案 ：图 1. 定向跟踪控制系统的控制系统结构如图 1 本课题解决其控制机构技术问题所采用的技术方案是：用一对互成一定角度的硅光电池将太阳光转变为与光强成正比的
18、两路电信号，两个硅光电池中与太阳光夹角较小的一个，产生的电信号较强，与太阳光夹角较大的一个，产生的电信号较弱，当两个硅光电池与太阳光夹角相同时，产生的电信号相等。两路电信号被送到比较放大器进行放大，在比较放大器的输出端产生一个与两路电信号的差值成正比的电信号。比较放大器的输出端电信号被送到一个双值比较器，该双值比较器用来判断两路电信号谁大谁小，从而决定电机的转向，并通过电机决定太阳能电池板的转动方向。双值比较器的输出端电信号被送到定时器和驱动器，该定时器和驱动器通过对双值比较器的输入电信号进行判断，输出一个正或负电信号，并通过定时器控制该正或负电信号的输出时间长短，从而控制电机正转或是反转和转
19、动时间。图 2. 定向跟踪控制系统的机械结构如图 2 本课题解决其机械机构技术问题所采用的技术方案是：在强度很好的箱体内，安装了一台电机、两个直齿轮、一个蜗杆、一个蜗轮。蜗轮中心和一个主轴相连，主轴伸出箱体并通过一个转轴与太阳能电池板中心相连。在箱体外固定一个和主轴同心的圆形管，圆形管下端与箱体固定，上端切割成两个对称圆弧。在主轴上套一个圆环，圆环上对称的固定两个圆柱且两圆柱平滑的与圆形管上端的圆弧相接。太阳能电池板的下端两边对称位置上分别通过一个转轴与两个支杆相连，两支杆的另一端分别通过一个转轴与圆环相连，在两支杆的限位作用下该圆环只可沿主轴上下滑动。当电机转动时，通过两个直齿轮带动蜗杆转动
20、并通过蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动主轴并通过主轴带动太阳能电池板完成水平转动。同时，主轴的转动也带动圆环并通过圆环带动两圆柱沿圆形管上端的圆弧运动，从而使圆环沿主轴上下滑动。圆环沿主轴的上下滑动带动支杆并通过支杆带动太阳能电池板沿太阳能电池板的中心完成竖直方向的转动。该结构的有益效果是，可由一台电机完成两个自由度的运动，且由蜗杆、蜗轮传动的单向性和不可逆性可实现良好的抗风性能。成本低，结构简单、可靠。3.3、技术指标：由一台电机控制完成垂直和水平两个自由度跟踪运动，根据理论计算可使跟踪精度保持在 5 度以内。跟踪系统全天能耗根据理论计算可保持在 1 瓦以内。让接收设备全天与太阳光保持垂直和以位置
21、固定方式接收太阳光的两种接收方式相比，根据理论计算可使太阳能接收效率提高 20%-25%以上。3.4、技术创新点：3.4.1 将光电检测技术、光电定位跟踪技术和机电控制技术相结合，采用四象限光电跟踪方式，实现太阳能采集系统的低能耗精确定向跟踪。理论上可使太阳能采集效率提高 25%-30%。 3.4.2 采用单电机多维控制技术，实现一台电机控制跟踪系统完成垂直转动和水平转动两个自由度运动。可降低跟踪系统能耗和成本。3.4.3 利用传感检测技术和自动控制技术，实现充电进程控制、放电进程控制、跟踪过程的控制。四、本项目实施方案4.1 技术买断本项目核心技术为北京印刷学院张博士独家拥有专利，采取一次买
22、断合作实现产业化形式。4.2 技术消化对此专利技术进行全面熟悉，并对产品制造市场进行全面了解。4.3 制造样机此专利已有样机，但外形、美观、多型号等还需进一步开发，进一步熟悉此市场情况，百通公司将为全面投放市场做准备。4.4 批量生产，投放市场此项目核心部分为自动跟踪和电路控制，此部分为独立生产，其他全部采用市场供应。此核心部分可以直接投放市场，也可生产太阳能路灯，采取两步走方案。4.5 资金该项目总投资 500 万，自筹资金 450 万，申请资助 50 万。 4.6 产业化实施后可实现：年销售收入 5000，利润 500 万，年缴税 500 万。五.结论此项目非常符合国家产业政策，具有广阔发展前景。虽然国内已有多家生产太阳能路灯等厂家，但面对国内庞大市场，不是几十家生产单位就能垄断的，会像房地产开发公司一样在相当长时间活跃在市场上。产业化实现后，利用专利技术加大市场开发力度，将迅速进入太阳能路灯、交通灯、小区照明灯等市场很大领域，加强技术创新力度，将可能成为产值几个亿国内大型企业行列。 辽宁百通药业股份公司2010 年 3 月 10 日
