【摘要】：由于化石燃料的大量使用,人類自身居住的生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重的污染和破壞。所以人們對新型清潔能源的開發(fā)和利用越來越重視,最重要的是從低碳、環(huán)保、綠色等方面綜合考慮,太陽能具有無可爭議的優(yōu)勢,然而中國以及全球正把太陽能的開發(fā)和利用作為未來清潔能源的發(fā)展方向。在太陽能發(fā)電應(yīng)用的過程中,對于如何改善太陽能的有效利用率是研究的主要難題之一。提高太陽能應(yīng)用系統(tǒng)跟蹤精度是改善太陽能利用率的有效方法。由于單軸跟蹤結(jié)構(gòu)存在著跟蹤精度不高,誤差累積的問題對收集太陽能的效果并不理想。所以采用雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)自動化程度高,能夠最大效率的利用太陽能輻射量。基于光控與程控的雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)使用太陽能跟蹤系統(tǒng)能夠保持太陽光線實(shí)時垂直照射太陽能接收器,這樣能夠大大的提高太陽能利用率。通過實(shí)驗(yàn)論證采用雙軸跟蹤裝置的系統(tǒng)比不采用跟蹤裝置的系統(tǒng)可能夠提高37.7%的能量接收利用率。對于太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的跟蹤效果好壞嚴(yán)重影響著太陽能的有效利用率。那么基于現(xiàn)有太陽能發(fā)電站中其跟蹤裝置通常采用開環(huán)控制方式,單軸太陽能自動跟蹤裝置以及步進(jìn)式太陽能自動跟裝置,普遍存在跟蹤精度低、成本高、累積誤差大等缺點(diǎn)。本文提出了一種高精度太陽跟蹤控制裝置以及對其硬件傳感器設(shè)計、工作原理和控制策略的介紹。本文中跟蹤裝置的設(shè)計是基于傳統(tǒng)雙軸跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光電式模式和視日軌跡跟蹤模式太陽跟蹤的相互結(jié)合。兩種跟蹤控制模式相互配合應(yīng)用,彌補(bǔ)各自的不足。然而重要的是本設(shè)計將已有的光電式太陽跟蹤器進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)上的設(shè)計,采用錐狀筒體的接收器本體大口端朝向太陽,可避免筒體的邊沿在光電池上產(chǎn)生陰影并影響輸出;在十字交叉遮光板頂端加上十字交叉隔板與之對應(yīng),這樣的十字交叉遮光板增大了陽光傾斜照射時對應(yīng)在光電池上的面積差,有效地增大了光電池輸出的模擬量。因此在功能上減少了系統(tǒng)本身帶來的積累誤差、改善了跟蹤器接收信號的靈敏度、提高了系統(tǒng)控制精度。針對本文提出的方案,對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及軟硬設(shè)計,系統(tǒng)主PLC控制器選型為歐姆龍(CJ2H-CPU64-EIP);與子PLC選型為歐姆龍(CP1L-60D);子PLC連接的調(diào)節(jié)方位角的24V直流電機(jī)及傳動比為1:35000的蝸輪蝸桿和調(diào)節(jié)高度角的24V直流電機(jī)傳動比為1:35000的蝸輪蝸桿;LED顯示器;光電式跟蹤接收器及太陽運(yùn)行軌跡跟蹤模塊,并根據(jù)設(shè)計要求,將各部分連接調(diào)試。然后分析其工作原理和是研究過結(jié)果。根據(jù)本文提出的一種以程控和光控相結(jié)合的混合控制高精度太陽能跟蹤系統(tǒng)。并通過實(shí)驗(yàn)來論證這一方案,主要內(nèi)容是對光電傳感器進(jìn)行改進(jìn)來提高其穩(wěn)定性和入射光偏差靈敏度,其中入射光最大偏差為0.105mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該跟蹤裝置通過太陽光線垂直照射在接收器而精準(zhǔn)的改變其輸出模擬量,從而有效的提高系統(tǒng)的跟蹤精度且能夠?qū)崿F(xiàn)全天候自動跟蹤。通過誤差分析法將實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行計算比較得出跟蹤絕對誤差在±0.1°以內(nèi),那么論文中設(shè)計的太陽能跟蹤控制裝置比現(xiàn)有的跟蹤控制裝置更為精確,也說明該跟蹤控制裝置滿足穩(wěn)定可靠、精度高、抗干擾能力強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM615
【圖文】：

加溫成水蒸氣，通過熱交換裝置而將水加溫成水蒸氣。與傳統(tǒng)火力發(fā)電一樣進(jìn)一步推動汽輪發(fā)電機(jī)工作，最終以電能的形式輸出。太陽能光熱發(fā)電的系統(tǒng)組成部分有：集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱與熱交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光熱系統(tǒng)發(fā)電原理如圖1.3所示。圖1.3 太陽能光熱系統(tǒng)發(fā)電原理1）集熱系統(tǒng)包括聚光裝置、接收器、跟蹤機(jī)構(gòu)等部件。如果說集熱系統(tǒng)是整個光熱發(fā)電的核心，那么聚光裝置就是集熱系統(tǒng)的核心。聚光裝置即為聚光鏡或者定日鏡等。其反射率、焦點(diǎn)偏差等均能影響發(fā)電效率。目前國內(nèi)生產(chǎn)的聚光鏡，效率可以達(dá)到94%，與國外生產(chǎn)的聚光鏡效率相差不大。集熱系統(tǒng)采集太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。2）熱傳輸系統(tǒng)主要是傳輸集熱系統(tǒng)收集起來的熱能。利用傳熱介質(zhì)將熱能輸送給蓄熱系統(tǒng)。傳熱介質(zhì)多為導(dǎo)熱油和熔鹽。理論上，熔鹽比導(dǎo)熱油溫度高，發(fā)電效率大，也更安全。熱傳輸系統(tǒng)一般有預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過熱器和再熱器等組成。在熱傳輸過程中，傳熱管道越短，熱損耗就越小。3）蓄熱與熱交換系統(tǒng)，光熱發(fā)電技術(shù)在蓄熱與熱交換系統(tǒng)中充分體現(xiàn)了對比光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢。即將太陽熱能儲存起來�？梢栽谝归g發(fā)電

- 7 -1）槽式太陽能熱發(fā)電槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)如圖1.4所示，太陽能發(fā)電場本質(zhì)上是由很多單軸跟蹤拋物槽太陽能集熱器組成。其收集器均是以南北方向上排列。每個太陽能收集器對應(yīng)著一個線性拋物面形反射聚光器[18]，用于聚焦太陽的直接射束輻射位于拋物線焦點(diǎn)處的線性接收器上。在白天從東向西追蹤太陽以確保太陽持續(xù)聚焦在線性接收器上。傳熱流體被加熱通過接收器循環(huán)并返回到功率單元中的一系列熱交換器，流體用于產(chǎn)生高壓過熱蒸汽。然后將過熱蒸汽送入傳統(tǒng)蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。而來自渦輪機(jī)的多余蒸汽在冷凝器中冷卻，冷凝水通過水泵返回?zé)峤粨Q器，再次轉(zhuǎn)化為蒸汽。圖 1.4 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)2）線性菲涅爾式發(fā)電線性菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)如圖1.5所示，1990年澳大利亞科學(xué)家在總結(jié)了槽式和塔式的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了緊湊線性菲涅爾反射聚光器和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的構(gòu)想，并于2002年由德國 FRAUNHOFER 設(shè)計，比利時索拉門多公司制作了5000m2的菲涅爾（Fresnel）太陽能聚光器[19]。相比較槽式

圖 1.4 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)2）線性菲涅爾式發(fā)電線性菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)如圖1.5所示，1990年澳大利亞科學(xué)家在總結(jié)了槽式和塔式的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了緊湊線性菲涅爾反射聚光器和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的構(gòu)想，并于2002年由德國 FRAUNHOFER 設(shè)計，比利時索拉門多公司制作了5000m2的菲涅爾（Fresnel）太陽能聚光器[19]。相比較槽式，這套系統(tǒng)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢就在于菲涅爾的聚焦比大，可以獲得比較高的溫度，每平米鏡面所需要的基礎(chǔ)和電機(jī)很少，系統(tǒng)通過使用標(biāo)準(zhǔn)的平面鏡代替需要特殊方法加工的曲面反射鏡，讓所有的鏡子貼近地面，降低風(fēng)載和鋼的使用

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9 吳玉國，余曉流;機(jī)電跟蹤控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[J];華東冶金學(xué)院學(xué)報;1996年03期

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本文編號：2792390