太阳能驱动全天候监控系统的实验设计

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1、第23卷第5期大学物理实验V0lI23No．52010年1O月PHYSICALEXPERI^们nr0FCOLLEGEOct．2010文章编号：1007—2934(2O1O)05一O0O1一O3太阳能驱动全天候监控系统的实验设计任哲，廖锐，胡鉴航，史庆藩(北京理工大学，北京100081)摘要：研发了一套太阳能全天候监控系统设计性实验。该实验通过对太阳能电池板基本物理性能的测定，了解其工作原理，然后选择合适的控制器件与负载，设计电路，最后形成一套由太阳能电池板提供能量，实现全天候监控的应用系统。该实验不仅能够作为设计性实验

2、用于大学物理实验，而且可以应用于许多工程领域。关键词：太阳能；监控；电路设计中图分类号：TK519文献标志码：A目前，随着人们对能源需求的日益增长，世界各国在开发新能源上投入了大量人力物力，其中，1设计依据太阳能作为已开发的新型能源中最优质，最充足的能源，发展十分迅速。太阳能利用的基本方式为了实现全天候监控系统，需要通过实验得主要有：光热利用，太阳能发电，光化学利用和光到太阳能电池板和CCD摄像机的基本参数，作为生物应用4大类。其中光热能利用和太阳能发电系统设计的依据[1]。技术已经较为成熟，已得到广泛应用。另外，随着

3、1．1太阳能电池板输出电压与光照强度的关系人们的安全防范意识的提高，安防监控系统也已将一块太阳能电池板和可调光源固定在光具经在公共交通、公共安全等多个领域上发挥着重座上，改变光源亮度，利用光功率计和万用表测得要作用。因此，对于大学生来说，了解太阳能和监太阳能电池输出电压与光照的关系，如图1所示。控的相关知识是十分必要的。本实验将太阳能这一新能源元素有机的与监控系统结合起来，开发了一个全天候太阳能监控系统，全面地应用了光、0警电、自动控制等相关知识，实验目的是锻炼参与实二0》验学生综合运用知识的能力，而且通过这一训练，让

4、学生提高动手能力，学会设计应用系统的方法。构成实验系统的主要仪器有：太阳能电池板、红外线CCD摄像器、光功率计、万用表、光具座、可调光源等。实验过程中首先对太阳能电池板的图1太阳能电池板输出电压与光照强度的关系物理性能进行测定，了解其工作原理，然后选择合分析：输出电压当光功率

5、额定电压为14V,~16V。验，而且有一定的工程应用前景。收稿日期22010-05—11基金项目：国家自然科学基金资助项目(10675018)太阳能驱动全天候监控系统的实验设计一《pll0；uu扫00_【1．2太阳能电池板在无光照条件下的伏安特性结果，结合红外线CCD摄像机的工作条件，设计去掉可调光源，在暗室中测量，得到的数据如了全天候监控系统的组成如图4所示。图2所示。图4全天候监控系统框图其中，各部分的具体设计为：2．1太阳能电池组由于功率需要，电池组由2组、10块太阳能电池板组成，电池板的尺寸规格为300mmX2

6、00图2太阳能电池板在无光照条件下的伏安特性mmX50mm，为此设计了电池组专用支架。分析：在无光照条件下，太阳能电池板的平均2．2主、辅蓄电池阻值为1．2744kQ。由此可知太阳能电池板内阻由于夜晚太阳能电池板不能工作，所以运用较大，所以设计中不宜直接用来供电。两组充放系统，一套放电给负载提供电能时，另一1．3太阳能电池板内阻和光照的关系套充电，由此交替进行，以达到全天候供电的测量方法与1相同，结果如图3所示。目的。2．3控制电路重采用C继电器作为主要控制元件，它具有功量耗低，适应性好的特点。控制电路如图5所示。眚暑

7、g尝图3太阳能电池板内阻和光照的关系分析：太阳能电池板产生的开路电压与光照图5控制电路条件直接相关，在光照弱(开路电压较低<3V)2．4监控系统时，电池板内阻较高。而当光照变强(开路电压>采用红外线CCD摄像机作为图像捕捉器，它3V)时，内阻趋于稳定。由此可以确定太阳能电不仅能在白天输出图像，而且能在光照较弱的夜池板稳定供电所能提供的电压值。间正常工作，并且功耗较低(12VXlA)，完全可1．4红外线OCD摄像机允许的工作条件以由太阳能驱动。将红外线CCD摄像机与可调电源相连，通过2．5图像输出滑线变阻器改变供电的电压

8、和电流，得到红外线由CCD摄像机输出的信号为模拟信号，可以CCD摄像机正常工作的电压范围为：白天：5V～直接接到模拟监视器上输出，也可以通过信号转15V，0．5A～1A；夜间：9V～15V，1A～1．5A。换后，输出为数字信号。2．6系统工作流程2系统构成与设计首先，由主蓄电池向控制电路以及监控部分供电，同时由太阳能电池向主、辅蓄