發(fā)布時(shí)間：2021-07-09 02:57

　　提高太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度及其穩(wěn)定性是提高太陽(yáng)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(yáng)能跟蹤系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)光電傳感器進(jìn)行改進(jìn),使其壁有一定的張角同時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該跟蹤裝置通過(guò)太陽(yáng)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(dòng)跟蹤。通過(guò)誤差分析法將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出跟蹤絕對(duì)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(qiáng)。 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

時(shí)控制太陽(yáng)跟蹤裝置工作。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明當(dāng)太陽(yáng)偏轉(zhuǎn)±0．5°時(shí)隔板式跟蹤傳感器輸出0．3mA電流，而對(duì)于改進(jìn)后的跟蹤傳感器，當(dāng)太陽(yáng)偏轉(zhuǎn)±0．1°則就會(huì)有0．3mA的電流輸出。通過(guò)數(shù)據(jù)的比較可以看出本文中對(duì)跟蹤傳感器的設(shè)計(jì)改進(jìn)可改善跟蹤器接收信號(hào)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(gè)為常量時(shí)，則光電池輸出量與另一個(gè)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(dòng)勢(shì)和光電流與光照強(qiáng)度關(guān)系如圖3所示。圖3光生電動(dòng)勢(shì)和光電流與光照強(qiáng)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(jì)算當(dāng)光照強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)看作一定值時(shí)，通過(guò)控制光電池光照面積來(lái)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(gè)方向。當(dāng)光線偏離后，光電池就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生電流差，并通過(guò)計(jì)算可以得到太陽(yáng)的實(shí)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(gè)象限光電池上對(duì)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(guò)近似計(jì)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(guò)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(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2．1視日運(yùn)動(dòng)軌跡模型視日運(yùn)動(dòng)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(guò)復(fù)雜的天文公式計(jì)算，得出太陽(yáng)相對(duì)跟蹤裝置的安放地點(diǎn)，并以不同的方式表示出它們位置關(guān)系。然后給出相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤。圖6太陽(yáng)運(yùn)行軌跡跟蹤天體模型太陽(yáng)運(yùn)行軌跡跟蹤天體模型如圖6所示，當(dāng)太陽(yáng)跟蹤裝置所在的地理經(jīng)緯度確定后，給出一組此刻太陽(yáng)所處的時(shí)角和赤緯角，就可以求解出觀測(cè)時(shí)刻該地點(diǎn)的太陽(yáng)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(cè)地點(diǎn)的緯度γ=∠NOP(－90°≤γ≤90°)，此刻太陽(yáng)所處的時(shí)角為φ=∠QOT，太陽(yáng)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(duì)地球赤緯角的近似計(jì)算表達(dá)式:θ=23．45°sin360°(284+n)365[](7)根據(jù)地平坐標(biāo)和時(shí)坐標(biāo)之間的坐標(biāo)計(jì)算方法，可得太陽(yáng)高度角計(jì)算表達(dá)式［26］:sinδ=sinγsinθ+cosγcosθcosφ(8)sinδ=sinγsinθ+cosγcosθ(9)sinω=cosθsinφcosδ(10)可以通過(guò)給定當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度得出太陽(yáng)的高度角、方位角，最終能夠求解出日出時(shí)間和日落時(shí)間，然后通過(guò)程序控制給出相應(yīng)的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)作并對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤。圖7跟蹤控制系統(tǒng)流程圖2．2PLC

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3272872