基于單片機(jī)太陽能隨動控制的設(shè)計(jì)申報書

PAGE21PAGE1作品全稱基于單片機(jī)太陽能蒸餾水隨動控制的設(shè)計(jì)作品分類（A）A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等）C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的淡水資源是人類生存的必需資源之一，但隨著人口的急劇增長以及環(huán)境污染帶來的災(zāi)難，導(dǎo)致淡水危機(jī)日漸成為關(guān)注的熱點(diǎn)。本設(shè)計(jì)方案旨在盡可能的利用太陽能，減少對有限能源的依賴以得到蒸餾水，可在沿海地區(qū)，特別是南方島礁等缺水地區(qū)使用?；舅悸繁驹O(shè)計(jì)方案基于太陽能熱水器為原型，運(yùn)用太陽能對需加工的海水等水體進(jìn)行加熱，采用中高溫蒸餾法以獲取淡水資源?？刂撇糠植捎梅垂忡R聚光原理，將匯聚的大量能量轉(zhuǎn)移到真空管上，進(jìn)一步提升真空管獲得的熱量。同時，利用定日鏡原理，運(yùn)用單片機(jī)使真空管的反光鏡產(chǎn)生隨動的效果，以達(dá)到最佳的采熱效果。創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用隨動裝置，實(shí)現(xiàn)采熱面基本與陽光保持最佳相對垂直，提高工作時長以及工作效率；（2）運(yùn)用傳感器與時鐘雙線控制，克服安裝難度大的弱點(diǎn)。技術(shù)關(guān)鍵：（1）隨動裝置的設(shè)計(jì)以及角度轉(zhuǎn)動的控制；（2）真空管給水量的控制，以確保蒸發(fā)效能達(dá)到最大。主要技術(shù)指標(biāo)：（1）光敏傳感器的啟動強(qiáng)度；（2）真空管傾斜角度根據(jù)緯度而設(shè)置，廣州的角度約為20°-30°；（3）步進(jìn)電機(jī)脈沖觸發(fā)的確定。作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻(xiàn)資料）目前，國內(nèi)外由于人口以及工業(yè)的發(fā)展，用水量劇增。促使大規(guī)模的海水淡化項(xiàng)目零散出現(xiàn)，并逐漸進(jìn)入人們的視線。目前淡化海水工程有幾種方案，在利用太陽能對海水等水資源進(jìn)行淡化的領(lǐng)域，國內(nèi)外都有相應(yīng)的措施，利用太陽能，電等能源進(jìn)行輔助，以獲取淡水資源，但其成本相對比較高，而且將耗費(fèi)其他有限能源，不符合可持續(xù)發(fā)展的大方向。因此運(yùn)用更為有效節(jié)能的方法來獲取淡水資源也是部分缺水地區(qū)的研究熱點(diǎn)之一。海水淡化是解決淡水危機(jī)的根本途徑，利用太陽能等清潔能源是海水淡化的方向，太陽能海水淡化技術(shù)綠色無污染、低能耗，具有廣闊的發(fā)展前景。本裝置相比于一般的固定安裝角度的傳統(tǒng)裝置，不同之處在采用隨動裝置，提高了太陽能的利用率和產(chǎn)水量，成本非常低，整個裝置造價250元左右，結(jié)構(gòu)簡單，易于推廣；而且能耗低，步進(jìn)電機(jī)功率控制在0.13W，能通過USB5V電壓直接驅(qū)動工作。另外系統(tǒng)運(yùn)作所需的能量基本上來自太陽能。真空管反光罩簡易支架真空管反光罩簡易支架供水蒸發(fā)裝置電源太陽平行光單片機(jī)時鐘電路儲水箱黑箱（傳感器）步進(jìn)電機(jī)作品在何時、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結(jié)果作品所處階段（A）A實(shí)驗(yàn)室階段B中試階段C生產(chǎn)階段DA（自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式作品可展示的形式√實(shí)物、產(chǎn)品√模型√圖紙□磁盤√現(xiàn)場演示√圖片□錄像√樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測本節(jié)能設(shè)計(jì)采用太陽能作為其主要的熱量來源，依托太陽能真空管對管內(nèi)海水等待處理水體進(jìn)行預(yù)加熱。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在良好的實(shí)驗(yàn)條件下，真空管的熱換率可達(dá)到54%，預(yù)期收集的熱量非?？捎^，對水的蒸發(fā)起到巨大的加速作用。真空管涂有涂層，透射率一般達(dá)到0.93-0.96。通過真空管，對水體進(jìn)行預(yù)熱的效果比較理想。最后利用反光鏡聚光，焦點(diǎn)匯聚大量能量的原理，進(jìn)一步提高真空管吸收的熱量，以達(dá)到最終快速蒸發(fā)的目的。在理想情況下，經(jīng)聚光加熱之后，管內(nèi)溫度能達(dá)到130°左右，符合本裝置提出的中高溫蒸餾法。此外，由于太陽的移動，為使裝置能經(jīng)常保持在最佳的采熱位置下，設(shè)計(jì)時利用定日鏡的原理，利用隨動裝置，使真空管的反光罩隨著太陽光而轉(zhuǎn)動。使用太陽跟蹤系統(tǒng),使太陽光始終垂直照射在接收面,則接收到的太陽輻射將大大增加。研究表明,對于完全相同的平板,與太陽輻射方向垂直的表面和朝南鉛直方向的固定表面,一天中兩者接收到的太陽輻射的比值大約是3：1,可見應(yīng)用太陽自動跟蹤系統(tǒng)可以有效提高太陽能的利用率。電源電源液晶顯示光敏傳感器時鐘控制電路主控制程序步進(jìn)電機(jī)脈沖信號圖2雙線隨動控制圖此外，本裝置采用靜態(tài)蒸餾法，利用U型管模型，使真空管內(nèi)液面高度保持恒定。給水箱使用浮子開關(guān)，其液面高度與真空管液面高度基本同步，在輸送海水進(jìn)入真空管的水管上連接一個針孔閥，起到限流以及隔熱的作用，確保真空管處于較好的工作狀態(tài)，減少熱量損失。海水淡化是國內(nèi)外日益關(guān)注的技術(shù)，正是因?yàn)榈Y源的重要性所在。目前市面上使用的蒸餾水技術(shù)種類較多，其中不乏較為成熟的、效率較高的，但對現(xiàn)行的方案普遍對其他有限能源依賴特別大，其產(chǎn)出的淡水資源成本相對較高，維護(hù)成本也比較高，不利于長久的投資建設(shè)。針對以上現(xiàn)狀，本裝置提出了綠色的解決方案，基本可以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的產(chǎn)出淡水，單位能耗較低，設(shè)備安裝及維護(hù)工作較簡便，于此同時還能節(jié)省下大量的空間。適合在海島與沿海干旱缺水等特殊環(huán)境的地方使用。參考文獻(xiàn)[1]解夢秋，鄭宏飛，葉鴻烈.吸收式太陽能海水淡化技術(shù)[J].可再生能源，2006(2),55-56

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C.當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機(jī)和大氣污染問題日益突出，太陽能這個清潔的可再生能源，已受到許多國家的高度重視和利用。我國是一個太陽能資源較為豐富的國家，且分布范圍較廣，因此充分利用太陽能資源，有著深遠(yuǎn)的能源戰(zhàn)略意義。淡水資源，作為人類生存的必需品，保證足夠的生活用水可以說是已經(jīng)成為科技發(fā)展、社會可持續(xù)發(fā)展的一大基礎(chǔ)。而近年來由于人口的暴漲和環(huán)境的污染加劇，淡水資源匱乏成為人們現(xiàn)實(shí)必須面對的問題，世界已經(jīng)有五分之一的地區(qū)是嚴(yán)重缺水地區(qū)，我國更是一個嚴(yán)重缺水的國度。而海水，覆蓋著地表近70%的面積，其總量非常巨大但卻無法為人類直接利用。因而，利用海水進(jìn)行淡化已經(jīng)是許多干旱地區(qū)無二的選擇。利用太陽能來作為海水淡化的主要能量來源，是比較目前比較普遍的技術(shù)之一。但主要面臨的問題是太陽能的利用效率只停留在一定的階段，還沒有成本比較低廉的解決方案。同時，利用太陽能受天氣因素影響較大，由此帶來的不穩(wěn)定性也是主要面臨的問題。為解決太陽能利用率的問題，目前國外主要從兩個方面入手來解決，一個是研制新型材料，使采光、熱轉(zhuǎn)換效率、集熱等性能不斷提升；另一方面則通過解決日照時間與日照強(qiáng)度的問題，主要是通過太陽跟蹤器，實(shí)現(xiàn)陽光垂直入射，以提高輻射強(qiáng)度。具體則是通過傳感器來實(shí)現(xiàn)跟蹤的控制效果。現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)原則上適用于苦咸水淡化、污水回用、硬水軟化,世界各國眾多科研機(jī)構(gòu)涉及這一領(lǐng)域。目前,已經(jīng)開發(fā)的海水淡化技術(shù)有20多種，雖然方法眾多,但主要可以分為如下幾類：1、蒸餾法，可分為多效蒸發(fā)(MED)(又分為豎管多效蒸發(fā)VTE、水平管多效蒸發(fā)THE、高溫低溫多效蒸發(fā)MEI等)、閃蒸(flash)(又分為低溫單級閃蒸SSF、多級閃蒸MSF等)、壓汽蒸餾(VC)(又分為機(jī)械壓汽蒸餾MVC和熱力壓汽蒸餾TVC)；2、反滲透（RO）；3、電析法；4、冷凍法。國外太陽能海水淡化技術(shù)已有較長時間的發(fā)展,過去二三十年內(nèi),建造了大量的太陽能海水淡化系統(tǒng),其中部分至今仍在運(yùn)行，下表展示了一些已經(jīng)建成的并使用可再生能源的海水淡化項(xiàng)目,可以看出有相當(dāng)大部分的系統(tǒng)使用了太陽能。各國太陽能海水淡化系統(tǒng)列表系統(tǒng)所在國系統(tǒng)所在地點(diǎn)適用水質(zhì)淡化單元淡化產(chǎn)量太陽能利用情況完成時間淡水耗費(fèi)阿聯(lián)酋阿布扎比海水MED80m31862m219848$/m3意大利蘭佩杜薩海水RO(3+2)m3/h100kWPV19906.5∈/m3西班牙阿爾梅里亞大學(xué)苦咸水R

2.5m323.5kWPV1990—以色列Ma’aganMichael苦咸水RO0.4m33.5kWPV,0.6kWW/T3kW1997—西班牙阿爾梅里亞海水MED3m36.5MW集熱器19883.5∈/m3希臘可再生能源中心海水RO130It/h4kWPV,1kWW/T2002—我國沿海地區(qū)如天津、大連、青島、浙江等地都相繼建設(shè)了一批海水淡化項(xiàng)目。到2007年初,我國已建成海水淡化裝置43套,日產(chǎn)淡水量15.8萬t。目前我國在建和待建的海水淡化工程有30項(xiàng)之多,其中有.13的工程淡化規(guī)模達(dá)到了10萬t/d以上。全部建成后,我國海水淡化規(guī)模將會達(dá)到.19.58萬t/d。然而,由于國內(nèi)相對落后的太陽能利用技術(shù),以太陽能作為能源,尤其使用聚光集熱方法的太陽能海水淡化系統(tǒng)尚無應(yīng)用,需加大研究力度。傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)投資高,能源消耗過大,所耗能源主要來自石油和煤炭等化石燃料,因而導(dǎo)致海水淡化技術(shù)無法推廣。有個別研究表明淡水日產(chǎn)量1000m3的海水凈化系統(tǒng)每年耗費(fèi)1000t石油。對于缺乏化石燃料資源的地區(qū),特別某些人口密度低、沒有大規(guī)模連接電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)本方案所設(shè)計(jì)的基于隨動控制的太陽能蒸餾器，在太陽能真空管對海水進(jìn)行預(yù)熱的基礎(chǔ)上，利用反光鏡鏡匯聚太陽光，通過焦點(diǎn)產(chǎn)生的巨大熱量對已預(yù)熱的海水進(jìn)行再次加熱，以達(dá)到快速蒸發(fā)的目的，最后利用整套收集冷凝裝置將水蒸氣最大的回收為人類所利用。此外，為使裝置對太陽能的利用率達(dá)到最大化，在太陽能真空管的反射鏡的安裝上采用隨動的設(shè)計(jì)理念，及通過定日鏡的設(shè)計(jì)方案，使采光設(shè)備保持與太陽光成約90°的相對位置，從而達(dá)到提到產(chǎn)水量和太陽能利用率的目的。本裝置相比于一般的傳統(tǒng)太陽能蒸餾裝置，不同之處在采用隨動裝置，提高了太陽能的利用率和產(chǎn)水量，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，易于推廣；而且能耗低，運(yùn)作所需的能量基本上來自太陽能，不消耗不可再生資源，不產(chǎn)生二次污染。

請對作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評價目前海水等水體的淡化課題，在國外部分嚴(yán)重缺水地區(qū)已引起普遍關(guān)注，其他經(jīng)濟(jì)發(fā)展大國也在積極想法設(shè)法應(yīng)對淡水缺乏的危機(jī)。海水淡化將是解決水資源匱乏的主要方法之一。同時本設(shè)計(jì)采用綠色節(jié)能理念與合理的解決方案，符合當(dāng)前節(jié)能減排的大趨勢。其它說明基于單片機(jī)太陽能蒸餾水隨動控制的設(shè)計(jì)作者：陳楚文、唐本源、黃濤強(qiáng)、任振強(qiáng)指導(dǎo)老師：吳偉斌（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，工程學(xué)院，廣州，510642）【摘要】由于世界人口的急劇膨脹，以及嚴(yán)重環(huán)境污染所導(dǎo)致的生態(tài)災(zāi)難，使得原本已經(jīng)非常有限的淡水資源變得更為可貴。如何高效益獲取淡水資源已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。本設(shè)計(jì)方案為了能在海島或者沿海干旱等特殊環(huán)境獲取淡水資源，利用太陽能來淡化海水。裝置通過太陽能真空管對海水進(jìn)行加熱，并通過反光罩對陽光進(jìn)行匯聚，利用匯聚陽光所獲取的巨大能量對已預(yù)熱的海水進(jìn)行最終加熱，以達(dá)到快速蒸發(fā)的效果。同時，方案運(yùn)用傳感器、時鐘模塊的太陽跟蹤系統(tǒng)雙線控制設(shè)計(jì)，有效提高了太陽能的利用率，并能最大限度的回避天氣因素所造成的影響。實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，系統(tǒng)控制精度達(dá)到0.1ms的誤差精度，基本達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。整個設(shè)計(jì)費(fèi)用較低，具有一定的運(yùn)用價值。關(guān)鍵詞：太陽能隨動控制單片機(jī)光敏傳感器蒸餾水器引言淡水資源，是人類生存的必需品之一，是人類不可替代的寶貴自然資源。但隨著現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，我們周圍可供使用的水質(zhì)正日趨下降。水資源短缺已成為21世紀(jì)人類面臨的重大問題。我國水資源的形勢更加不容樂觀，人均占有水量只居世界的弟108位，相當(dāng)于世界人均水平的1/4，缺水城市占全國城市的2/3，被列為世界上13個貧水國之一。這將嚴(yán)重影響到我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。此外，覆蓋地球表面71%的海洋蘊(yùn)含的海水占地球總水量的95%，卻不能被人類直接使用，而可供人類直接享用的淡水總量不足地球總儲水量的十萬分之七[1]。為了迎合可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)戰(zhàn)略，解決潛在的能源危機(jī)，緩解世界各國的經(jīng)濟(jì)以及保護(hù)環(huán)境的要求，對太陽能進(jìn)行高效、大規(guī)模運(yùn)用已經(jīng)漸漸成為熱點(diǎn)，大力開展基于太陽能等綠色能源的海水淡化技術(shù)也漸漸成為主流。太陽能海水淡化技術(shù)綠色無污染、低能耗，是解決淡水危機(jī)的有效途徑，對緩解當(dāng)代水資源短缺等系列問題具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。在利用太陽能對海水等水資源進(jìn)行淡化的領(lǐng)域，國內(nèi)外都有相應(yīng)的措施，利用太陽能，電等能源進(jìn)行輔助，以獲取淡水資源，但其成本相對比較高，而且將耗費(fèi)其他有限能源，不符合可持續(xù)發(fā)展的大方向。因此運(yùn)用更為有效節(jié)能的方法來獲取淡水資源也是部分缺水地區(qū)的研究熱點(diǎn)之一。而運(yùn)用太陽能進(jìn)行海水淡化，前提條件是要有太陽光照。集熱裝置匯集的熱量與照射到它上面的光照強(qiáng)度成正比。而比較可行的是接受太陽的直射光，此舉可得到太陽最大的光照強(qiáng)度。由于太陽的位置每時每刻都在變化，如果想得到上述的效果，必須使集熱裝置隨時跟隨太陽運(yùn)動，才能保證太陽光始終垂直照射到集熱裝置上。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要設(shè)計(jì)一個隨動的控制方案。本文從這點(diǎn)切入，旨在以較低的成本成功實(shí)現(xiàn)這一控制。1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)方案基于太陽能真空管熱水器為原型，裝置由隨動控制、輔助控制模塊、采光集熱部分、供水模塊和蒸餾模塊共五部分構(gòu)成。工作原理為運(yùn)用太陽輻射對需加工的海水等水體進(jìn)行初步加熱，利用反光罩的反光匯聚太陽能，對集熱管的水體進(jìn)行進(jìn)一步加熱，使水體達(dá)到比較理想的蒸發(fā)狀態(tài)。蒸發(fā)回路采用中高溫蒸餾法以獲取淡水資源。另外，由于采用隨動反光罩，裝置實(shí)際集熱面積將比原來集熱管面積大幅度增加，提高了裝置的工作效率[2]。控制部分，采用STC12C5A60S2-35I-PDIP40單片機(jī)、PCF8563時鐘芯片和日本VEXTA東方馬達(dá)，使裝置實(shí)現(xiàn)太陽能勻速跟蹤雙線控制方法。跟蹤過程是將反光罩通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，以地球自轉(zhuǎn)角速度15°/h的速度轉(zhuǎn)動[3]。在正常情況1.1裝置整體示意圖真空管反光罩真空管反光罩簡易支架供水蒸發(fā)裝置電源太陽平行光單片機(jī)時鐘電路儲水箱黑箱（傳感器）步進(jìn)電機(jī)圖1整體裝置示意簡圖2系統(tǒng)組成與工作原理2.1隨動控制系統(tǒng)由于地球的自轉(zhuǎn)速度是固定的，可以認(rèn)為，早上太陽從東方升起經(jīng)正南方向向西運(yùn)動并落山，太陽在方位角上以15°/h勻速運(yùn)動，24h移動一周。高度角等于當(dāng)?shù)鼐暥茸鳛橐粋€極軸不變。因而采用勻速隨動控制方法是可行的。其工作原理如圖2所示。電源電源液晶顯示光敏傳感器時鐘控制電路主控制程序步進(jìn)電機(jī)脈沖信號圖2雙線隨動控制圖系統(tǒng)利用光敏傳感器作為信號源。將光敏電阻安置于只留有一條狹縫的黑箱當(dāng)中。黑箱制作成狹縫狀，可以解決由于地球隨太陽公轉(zhuǎn)照成的太陽高度的改變。當(dāng)接受太陽的直射光照時，阻值發(fā)生改變隨即驅(qū)動控制程序，由主程序發(fā)出脈沖信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動。時鐘電路采用PCF8563時鐘芯片，由晶振控制，其電路圖設(shè)計(jì)如圖3所示。因?yàn)榫д竦恼`差值為1us,對系統(tǒng)的時間影響非常小。為避免云霧等特殊天氣情況造成系統(tǒng)無法正常按時啟動工作，隨動控制的觸發(fā)程序還設(shè)置了一個時鐘定時開關(guān)。通過現(xiàn)有的日出時間數(shù)據(jù)，我們可以得出一個當(dāng)季度最遲日出時間，如表1所示[4]。將此時間作為系統(tǒng)最遲啟動工作時間。如果遇上特殊天氣而傳感器暫時失效，則由時鐘電路的定時裝置，在最遲觸發(fā)時間發(fā)出觸發(fā)信號，使主程序工作，裝置進(jìn)入小誤差工作狀態(tài)，從而最大可能降低系統(tǒng)意外無法正常工作的情況。表1各月份當(dāng)月最遲日出時間統(tǒng)計(jì)表月份最晚日出時間（上午）月份最晚日出時間（上午）17:1075:5727:0786:0936:4996:1846:20106:3155:54116:5065:45127:08圖3時鐘電路圖主程序部分采用STC12C5A60S2-35I-PDIP40單片機(jī)，電路圖如圖4所示圖4主控制程序電路圖2.2附屬控制系統(tǒng)2.2.1步進(jìn)電機(jī)控制本設(shè)計(jì)采用日本VEXTA東方馬達(dá)生產(chǎn)的2-PHASE步進(jìn)電機(jī)，其控制策略當(dāng)步精度達(dá)到1.8°，可實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的高精度要求。其驅(qū)動電路如圖5。為了實(shí)現(xiàn)對太陽的同步追蹤，理論上應(yīng)該使步進(jìn)電機(jī)不斷驅(qū)動反光罩隨太陽移動，步進(jìn)電機(jī)額定電流為0.8A，額定電壓4.5V，廣州夏季最長日照時間為12小時，此時步進(jìn)電機(jī)消耗的能量為：4.5×0.8×12×3600＝155520J。為了達(dá)到減少步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的次數(shù)，從而節(jié)省能源的目的，同時在盡量確保反光罩緊密追蹤太陽的條件下，將電機(jī)轉(zhuǎn)動的時間間隔定為4min。在這種情況下，電機(jī)每小時只需轉(zhuǎn)動15次，每次轉(zhuǎn)動的時間約為5s，即電機(jī)工作時長大大減少為5×15×12＝0.25h，此時電機(jī)耗能為：4.5×0.8×0.25×3600＝3240J。在這種方案下，步進(jìn)電機(jī)消耗的能量僅為前者的2.08%，而因在四分鐘內(nèi)落后于太陽未能實(shí)時追蹤所造成的能量收集不充分的影響是很小的[5]。圖5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路2.2.2復(fù)位開關(guān)由于采用勻速控制方案，在太陽光輻射值均達(dá)到較低水平時，系統(tǒng)已經(jīng)沒有運(yùn)行的必要性，故應(yīng)將系統(tǒng)復(fù)位，并恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)。系統(tǒng)通過單片機(jī)內(nèi)置的RAM，記錄從啟動主控制程序之后，向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送的脈沖信號數(shù)量。通過在時鐘電路設(shè)計(jì)一個定時時鐘，運(yùn)行至傍晚6點(diǎn)鐘，發(fā)出復(fù)位信號，主程序停止正常工作模式，并啟用復(fù)位模式，將反光罩和傳感器一同反轉(zhuǎn)RAM中所存儲的脈沖數(shù)目，并待機(jī)，等待下一次啟動信號。通過復(fù)位開關(guān)，系統(tǒng)的工作時長由原來的全天候，縮短至不足一半的運(yùn)行時間，可節(jié)約較為客觀的電量，并在一定程度上延長零部件的使用壽命。2.3采光集熱部分2.3.1太陽能真空管本節(jié)能設(shè)計(jì)采用太陽能作為其主要的熱量來源，依托太陽能真空管對管內(nèi)海水等待處理水體進(jìn)行預(yù)加熱。如圖6所示相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在良好的實(shí)驗(yàn)條件下，真空管的熱轉(zhuǎn)換率可達(dá)到54%，將收集到非常可觀的熱量，對普通水溫的水體的加熱起到巨大的加速作用。真空管涂有涂層，透射率一般達(dá)到0.93~0.96。為反光罩匯聚的大量熱量的吸收提供條件[6]。內(nèi)玻璃管內(nèi)玻璃管反光罩外玻璃管真空夾層涂層熱管導(dǎo)熱介質(zhì)圖6太陽能真空管與反光罩結(jié)構(gòu)2.3.2反光罩反光罩，采用鏡面反射的工作原理，其材料為高反光的PVC制成，可放射將近90%的陽光進(jìn)行反射。通過將反光膜緊貼于與真空管同心圓的剛圓弧板上，形成聚光性能良好的反光罩。反光罩的使用，可大幅度提升真空管直接接受太陽輻射的表面與強(qiáng)度，增加吸熱量提升整個裝置的效率。同時，反光罩通過隨動控制，可實(shí)現(xiàn)長時間等面積接受太陽垂直光線，對太陽能的利用率可達(dá)到一個新的臺階。2.4供水部分該裝置利用U型管模型，使真空管內(nèi)液面高度保持恒定。給水箱使用浮子開關(guān)，其液面高度與真空管液面高度基本同步，在輸送海水進(jìn)入真空管的水管上連接一個針孔閥，起到限流以及隔熱的作用，確保真空管處于較好的工作狀態(tài)，減少熱量損失。圖7為供水結(jié)構(gòu)示意圖。供水管供水箱針孔閥浮子開關(guān)供水液面高度供水管供水箱針孔閥浮子開關(guān)供水液面高度圖7供水箱示意圖2.5蒸餾收集部分水蒸汽上升到蒸餾冷凝部分后，再將熱量傳遞給管路內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)（水），自身凝結(jié)成液體，由重力作用流至集水箱。另外，用太陽能發(fā)電板覆蓋于冷凝管上部，如圖8所示?？山档屠淠芷貢裼陉柟鈽酉滤a(chǎn)生的溫度，同時可進(jìn)行發(fā)電，電量儲存于蓄電池中，為隨動裝置提供電源，實(shí)現(xiàn)綠色能源的綜合利用，降低生產(chǎn)成本。蒸餾裝置蒸餾裝置冷凝部分蓄水池蓄電池太能電池板水蒸氣圖8蒸餾收集裝置3系統(tǒng)方案可行性分析3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)運(yùn)行后期實(shí)驗(yàn)采用人工模擬日出、模擬特殊天氣使系統(tǒng)無法正常工作等兩組實(shí)驗(yàn)，對系統(tǒng)的雙線控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。實(shí)驗(yàn)運(yùn)用太陽模擬器進(jìn)行模擬日出，觸發(fā)傳感器動作發(fā)出信號。同時利用示波器對傳感器和時鐘觸發(fā)電路進(jìn)行檢測。如果該回路產(chǎn)生啟動電信號，則在示波器上顯示。（1）先將時鐘控制電路暫停，將裝載光敏傳感器的黑箱遮蓋，避免觸發(fā)系統(tǒng)啟動。通過小角度轉(zhuǎn)動，使太陽光漸漸投射到光敏電阻上，模擬日出時的景象。實(shí)驗(yàn)前后共進(jìn)行了10次，一旦陽光透過黑箱的狹縫直射到光敏電阻上，傳感器控制電路指示燈亮起，表示該控制電路正常工作。10次實(shí)驗(yàn)基本都能順利實(shí)現(xiàn)，通過示波器與計(jì)時器的計(jì)時統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)啟動控制信號發(fā)生的誤差接近0.1ms，較為理想。但隨著光敏電阻使用次數(shù)增多，出現(xiàn)阻值不穩(wěn)定的現(xiàn)象，初步確定是光敏電阻不穩(wěn)定造成的。（2）將光敏傳感器黑箱狹縫遮住，將時鐘電路調(diào)整到對應(yīng)臨近時段。到達(dá)模擬最遲日出時間，傳感器回路沒有接收到啟動信號，對應(yīng)指示燈不亮。而時鐘電路回路指示燈亮起，并啟動系統(tǒng)工作。此回路由于采用計(jì)時器，因而控制信號誤差非常小，可以忽略。而由于啟動時間與日出時間的不對稱，設(shè)計(jì)方案提出了增加雙軸控制跟蹤器的概念。3.2方案對比論證現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)原則上適用于苦咸水淡化、污水回用、硬水軟化,世界各國眾多科研機(jī)構(gòu)涉及這一領(lǐng)域。目前,已經(jīng)開發(fā)的海水淡化技術(shù)有20多種，雖然方法眾多,但主要可以分為如下幾類：1、蒸餾法，2、反滲透（RO），3、電析法，4、冷凍法[7]。表2生產(chǎn)1kg淡水的能耗對比淡化方式熱量輸入kJ/kg所需電能kWh/m2總能量消耗kJ/kg備注MSF2943.7338.4MED1232.2149.4VC-16192RO-12144ER-RO-7.994.8ED-12144太陽能直接蒸餾器23300.33.6單位面積產(chǎn)水量低，8kg/(m2·d)槽式太陽能+MED123--單位面積產(chǎn)水量高，60kg/(m2·d)國外太陽能海水淡化技術(shù)已有較長時間的發(fā)展,過去二三十年內(nèi),建造了大量的太陽能海水淡化系統(tǒng),其中部分至今仍在運(yùn)行，表3所示展示了一些已經(jīng)建成的并使用可再生能源的海水淡化項(xiàng)目,可以看出有相當(dāng)大部分的系統(tǒng)使用了太陽能。表3太陽能海水淡化系統(tǒng)系統(tǒng)所在國系統(tǒng)所在地點(diǎn)適用水質(zhì)淡化單元淡化產(chǎn)量太陽能利用情況完成時間淡水耗費(fèi)￥/m3阿聯(lián)酋阿布扎比海水MED80m31862m2198448意大利蘭佩杜薩海水RO(3+2)m3/h100kWPV199061.9/m3西班牙阿爾梅里亞大學(xué)苦咸水RO2.5m323.5kWPV1990—以色列馬阿甘邁克爾苦咸水RO0.4m33.5kWPV,0.6kWW/T3kW1997—西班牙阿爾梅里亞海水MED3m36.5MW集熱器198833.3希臘可再生能源中心海水RO130It/h4kWPV,1kWW/T2002—本裝置結(jié)構(gòu)原理類似于槽式太陽能蒸餾器，其不同與新穎之處在于加入了隨動控制的凸透鏡，提高了對太陽能的利用率和產(chǎn)水量。由表2知槽式太陽能蒸餾器的單位面積產(chǎn)水量高達(dá)60kg/(m2·d)，從理論上來說，本裝置單位面積產(chǎn)水量也應(yīng)該能達(dá)