發(fā)布時間：2021-07-09 02:57

　　提高太陽能跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度及其穩(wěn)定性是提高太陽能利用效率及降低成本的重要途徑。提出了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)。通過對光電傳感器進行改進,使其壁有一定的張角同時增加合適寬度的遮光板用使輸出模擬量放大,以提高其穩(wěn)定性和入射光偏差靈敏度,其中入射光最大偏差為0.105 mm。實驗結(jié)果表明:該跟蹤裝置通過太陽光線垂直照射在接收器,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測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行計算得出跟蹤絕對誤差在±0.1°以內(nèi),比現(xiàn)有的跟蹤控制裝置更為精確,表明該跟蹤控制裝置滿足穩(wěn)定可靠、精度高、抗干擾能力強。 

【文章來源】：傳感技術(shù)學(xué)報. 2018,31(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

太陽能跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

時控制太陽跟蹤裝置工作。實驗數(shù)據(jù)表明當(dāng)太陽偏轉(zhuǎn)±0．5°時隔板式跟蹤傳感器輸出0．3mA電流，而對于改進后的跟蹤傳感器，當(dāng)太陽偏轉(zhuǎn)±0．1°則就會有0．3mA的電流輸出。通過數(shù)據(jù)的比較可以看出本文中對跟蹤傳感器的設(shè)計改進可改善跟蹤器接收信號的靈敏度、系統(tǒng)控制精度。而傳感器光電池的輸出量與其表面接受的光照能量成正比，當(dāng)其中一個為常量時，則光電池輸出量與另一個變量成為線性關(guān)系，而且受光照面積越大，短路電流也越大［21］。光生電動勢和光電流與光照強度關(guān)系如圖3所示。圖3光生電動勢和光電流與光照強度關(guān)系圖4四象限光電池光照分布圖1．3光電傳感器精度計算當(dāng)光照強度在短時間內(nèi)看作一定值時，通過控制光電池光照面積來得到不同的輸出量。四象限光電池光照分布如圖4所示，四象限光電池分為X軸和Y軸兩個方向。當(dāng)光線偏離后，光電池就會相應(yīng)產(chǎn)生電流差，并通過計算可以得到太陽的實際偏差和入射角［22］。當(dāng)光電池接受光照的光斑沿著X軸向左偏離了ΔX，則光斑被Y軸所分的面積差為ΔS。光電池上的光斑半徑為Ｒ，光電池半徑為Ｒ，總面積為S，4個象限光電池上對應(yīng)產(chǎn)生的輸出量的值為I1、I2、I3、I4，輸出量的值之和為I。假設(shè)ΔX很小，則通過近似計算可以得到:ΔS≈2ＲΔX(1)由于光電池材質(zhì)都一樣，則光電池輸出量與光照面積成正比，所以:(S/2－ΔS)/S=ΔI/I(2)(πＲ2)/2－2ＲΔXπＲ2=I1+I4－I2－I3I1+I2+I3+I4(3)ΔX=πＲ43(I2+I3)－(I1+I4)I1+

心之間的距離為ΔX=H×tan(0．1°)=60×tan(0．1°)=0．105mm，可以表明其入射光最大偏差為0．105mm，通過結(jié)果分析輸出量偏差滿足跟蹤精度要求且能夠使跟蹤精度能夠控制在±0．1°以內(nèi)。2太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計2．1視日運動軌跡模型視日運動軌跡跟蹤系統(tǒng)的控制方法基于復(fù)雜的天文數(shù)字算法［24－25］。通過復(fù)雜的天文公式計算，得出太陽相對跟蹤裝置的安放地點，并以不同的方式表示出它們位置關(guān)系。然后給出相對應(yīng)的控制信號來驅(qū)動伺服電機對太陽進行跟蹤。圖6太陽運行軌跡跟蹤天體模型太陽運行軌跡跟蹤天體模型如圖6所示，當(dāng)太陽跟蹤裝置所在的地理經(jīng)緯度確定后，給出一組此刻太陽所處的時角和赤緯角，就可以求解出觀測時刻該地點的太陽高度角δ和方位角ω的數(shù)據(jù)。其中，高度角δ=∠MOＲ，方位角ω=∠MOS，觀測地點的緯度γ=∠NOP(－90°≤γ≤90°)，此刻太陽所處的時角為φ=∠QOT，太陽所處的赤緯角為Θ=∠TOＲ(－23．45°≤θ≤23．45°)，n指一年中的第n天。由Cooper提出對地球赤緯角的近似計算表達式:θ=23．45°sin360°(284+n)365[](7)根據(jù)地平坐標(biāo)和時坐標(biāo)之間的坐標(biāo)計算方法，可得太陽高度角計算表達式［26］:sinδ=sinγsinθ+cosγcosθcosφ(8)sinδ=sinγsinθ+cosγcosθ(9)sinω=cosθsinφcosδ(10)可以通過給定當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度得出太陽的高度角、方位角，最終能夠求解出日出時間和日落時間，然后通過程序控制給出相應(yīng)的信號，驅(qū)動伺服電機運作并對太陽進行跟蹤。圖7跟蹤控制系統(tǒng)流程圖2．2PLC

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種四象限太陽跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 謝漪,謝翠婷,葉創(chuàng)輝.  機電工程技術(shù). 2017(02)
[2]高倍聚光太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)[J]. 李訓(xùn)濤,張明.  測試技術(shù)學(xué)報. 2016(05)
[3]視日軌跡太陽能反饋跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 徐煒君,原大明.  化工自動化及儀表. 2016(08)
[4]基于單片機的雙軸太陽光追蹤器設(shè)計[J]. 陸建章,楊天宇,馬小斌,雷小龍.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2016(02)
[5]太陽自動跟蹤系統(tǒng)中光電傳感器的設(shè)計[J]. 王林軍,門靜,張東,許立曉,鄧煜,呂耀平,陳艷娟.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2015(14)
[6]新能源的開發(fā)與利用[J]. 劉云龍,章忠柯,陳剛.  技術(shù)與市場. 2015(01)
[7]太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 王林軍,邵磊,門靜,張東,劉偉.  中國農(nóng)機化學(xué)報. 2014(01)
[8]自動追蹤太陽能UASB反應(yīng)器的設(shè)計[J]. 施云芬,王旭暉,張更宇,姚海濱,陳弘名.  化工自動化及儀表. 2014(01)
[9]太陽能利用技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 閆云飛,張智恩,張力,代長林.  太陽能學(xué)報. 2012(S1)
[10]我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]. 李春曦,王佳,葉學(xué)民,喻橋.  電力科學(xué)與工程. 2012(04)

博士論文
[1]中國新能源發(fā)展研究[D]. 張海龍.吉林大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于平頂錐形傳感器的光伏組件方位檢測與自動跟蹤系統(tǒng)[D]. 張海昇.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[2]基于太陽跟蹤光探測器的研究與設(shè)計[D]. 段忠寶.新疆大學(xué) 2010
[3]高精度太陽跟蹤傳感器與控制器的研究[D]. 楊培環(huán).武漢理工大學(xué) 2010
[4]太陽能利用的跟蹤與聚集系統(tǒng)研究[D]. 張寶星.合肥工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3272872