太陽能能有效緩解全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī),太陽光照明方式作為太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,具有綠色環(huán)保和益于人體健康等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。追蹤系統(tǒng)的實(shí)時(shí)追蹤精度和穩(wěn)定性是影響光纖導(dǎo)光效率和太陽光利用效率的關(guān)鍵因素,為了提高太陽光追蹤照明系統(tǒng)的導(dǎo)光效率,需要對太陽光追蹤控制方法進(jìn)行研究。針對追蹤傳感器的視角范圍較小和精度低引起“盲追”、“追丟”等問題,基于雙軸追蹤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了太陽光追蹤照明系統(tǒng),提出以光電追蹤為主、太陽軌跡為輔的混合追蹤方式實(shí)現(xiàn)大范圍跟蹤。采用王炳忠軌跡(Wang)算法構(gòu)建了基于太陽軌跡的追蹤方式,方位角和高度角的追蹤誤差為±0.5°�；诠鈱W(xué)軟件TracePro分析了聚焦光斑位置與太陽入射光線偏移角度之間關(guān)系,獲得了滿足導(dǎo)光效率要求的光線偏移角度范圍±0.26°。并以四象限追蹤原理設(shè)計(jì)精度可達(dá)0.05°的追蹤傳感器,實(shí)現(xiàn)了高精度追蹤。針對太陽追蹤照明系統(tǒng)的功能需求,以STM32和嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II設(shè)計(jì)了太陽追蹤控制系統(tǒng);采用C/S模式和WiFi無線通信方式,構(gòu)建了其遠(yuǎn)程測控平臺(tái),功能試驗(yàn)表明:監(jiān)控系統(tǒng)能滿足太陽追蹤系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。采用Wang太陽軌跡算法,結(jié)合ADAMS和MATLAB實(shí)現(xiàn)了太陽光軌跡追蹤仿真控制,仿真結(jié)果表明:系統(tǒng)能夠快速追蹤設(shè)定的目標(biāo)角度,并實(shí)時(shí)反映太陽追蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。針對追蹤傳感器的追蹤性能開展了試驗(yàn),獲得了傳感器感光理論設(shè)計(jì)值與實(shí)際光照值之間的關(guān)系,提出了誤差校正補(bǔ)償方法。并基于不同控制參數(shù)、校正補(bǔ)償策略進(jìn)行了追蹤控制性能試驗(yàn)。結(jié)果表明:當(dāng)方位和高度的誤差校正系數(shù)為1.6和2.5時(shí)有效削減了追蹤過程中光照的振蕩。在外界環(huán)境光強(qiáng)穩(wěn)定的狀態(tài)下,高度角與方位角的追蹤調(diào)整波動(dòng)量分別降低了68%和33%,能夠校正透鏡聚焦光斑位置;在復(fù)雜天氣狀況下,光纖輸出光照的穩(wěn)定性和跟蹤性較好,追蹤精度和裝置導(dǎo)光效率明顯提高。開展的太陽光追蹤照明控制系統(tǒng)的研究,提高了導(dǎo)光效率,對降低白天建筑照明耗能和提高健康生活質(zhì)量具有非常大的工程意義和應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK513.4;TP273
【部分圖文】：

圖 1.1(b)所示為南北水平布置東西追蹤，圖1.1(c)所示為東西水平布置南北追蹤。三種方式雖然在布置方式上有所不同，但其基本的工作原理比較類似。在裝置的工作過程中，采光平面根據(jù)計(jì)算的太陽赤緯角的變化圍繞轉(zhuǎn)軸對太陽位置進(jìn)行單軸方向追蹤。單軸追蹤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)控制，但由于只在單個(gè)方向上追蹤太陽，在一天之中只有很短的時(shí)間段內(nèi)太陽追光系統(tǒng)的采光平面與太陽入射光線保持是垂直狀態(tài)，而其他大部分時(shí)刻太陽入射光線與追蹤裝置的采光平面是處于傾斜狀態(tài)。因此，這種單軸追蹤方式的裝置跟蹤精度低，導(dǎo)致太陽能的收集效率較低。(a) 傾斜布置東西追蹤 (b) 南北水平布置東西追蹤(c) 東西水平布置南北追蹤圖 1

相垂直的軸為赤緯軸[22]，其工作原理如圖 1.2(a)所示。在裝置工作過程中，受光平面由極軸和赤緯軸組成的平面繞軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行追蹤太陽，由于地球自轉(zhuǎn)裝置與太陽入射光線保持垂直，極軸的旋轉(zhuǎn)速度與地球自轉(zhuǎn)速度同步來實(shí)時(shí)根據(jù)太陽赤緯角季節(jié)性變化而定期調(diào)整赤緯軸旋轉(zhuǎn)角度，以不斷適應(yīng)太陽赤。極軸方式追蹤具有結(jié)構(gòu)和控制簡單的特點(diǎn)，但設(shè)計(jì)極軸的支撐結(jié)構(gòu)比較復(fù)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求比較高，因此極軸方式的追蹤裝置并未得到廣泛應(yīng)用。2）地平式雙軸追蹤地平式雙軸追蹤又稱高度角-方位角式追蹤[24]。追蹤裝置的受光平面一軸與大稱為方位軸；另一軸與地面平行，與方位軸垂直的軸，稱作俯仰軸，其工作.2(b)所示，這種追蹤方式可以根據(jù)太陽運(yùn)動(dòng)位置信息不斷實(shí)時(shí)調(diào)整方位軸和角度，進(jìn)而調(diào)節(jié)裝置采光平面的傾斜姿態(tài)使受光平面始終與太陽入射光線垂式相比，采用地平式追蹤方式的追蹤精度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡單且制造成本

反射式主鏡和反射式次鏡構(gòu)成二兩級(jí)碟式聚光器，試驗(yàn)結(jié)果表明在/m2式時(shí)，0.2m2反射面積的實(shí)現(xiàn)了 6.3m2照明面積，且平均照度為明標(biāo)準(zhǔn)�？蒲性核鶎μ柲懿晒庹彰鬟M(jìn)行了早期研究，1996 年，我國啟動(dòng)“提倡使用綠色環(huán)保的照明能源。張耀明基于光纖敏感器追蹤傳感器陽光采集跟蹤裝置[45]，實(shí)現(xiàn)了太陽自動(dòng)跟蹤和采集太陽光。2008 年超低能耗示范樓[46]，利用自動(dòng)跟蹤太陽的投射式采光機(jī)，通過光纖，最遠(yuǎn)陽光傳輸距離為 200m。2010 年，在上海虹橋樞紐高鐵站在照明區(qū)域安裝了太陽能光纖照明系統(tǒng)[47]，為處于地下封閉環(huán)境提供正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。目前在我國市場也出現(xiàn)不同類型太陽能照明系”太陽光纖導(dǎo)入器、“藍(lán)煦”光纖導(dǎo)入式太陽光導(dǎo)入器、光導(dǎo)管式太陽示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2833068