双轴伺服太阳能跟踪系统的设计_图文(精)

修改稿收到日期:2009-12-04。
第一作者汤世松,男,1985年生,现为南京工业大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究生;主要从事交流伺服运动控制、伺服电机、机电一体化和P LC方面的研究。
双轴伺服太阳能跟踪系统的设计
D esi gn of the D ua l 2ax is Servo Sol ar Energy Track i n g System
相关理论分析表明,对太阳进行双轴跟踪与非跟踪的能量接收率相差37.4%。由此可见,太阳能板精确地跟踪太阳可使接收器的热接收效率大大提高,拓
宽了太阳能的利用领域[1]
。
1太阳能伺服跟踪系统设计
1.1太阳跟踪方式的确定
太阳能伺服跟踪系统分类方法有多种。按太阳跟踪方式可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序
关键词:运动轨迹跟踪 太阳能 跟踪系统PLC伺服电机中图分类号:TP275文献标志码:A
Abstract:In order t o fully utilize s olar energy with high efficiency,the dual 2axis servo solar tracking system based on PLC has been designed .By adop ting sun motion traject ory tracking strategy,the positi on of the sun in dayti me is calculated by contr oller in accordance with related for mula and parameters,then the altitude and azi m uth are converted int o corresponding pulses t o be sended to servo driver;and the servo motor tracks the sun in real ti me .Theref ore,the s olar energy panel is al w ays tilting towards the sun when the system tracks the sun from east to west,thus maxi mum s olar energy is obtained .The theoretical analysis indicates that by adop ting this tracking technology,the efficiency of receiving solar energy can be increased .
阳的实时位置,再转化为相应的脉冲发送给伺服驱动
双轴伺服太阳能跟踪系统的设计 汤世松,等
器,驱动伺服电机实时跟踪太阳,以达到对太阳进行实时跟踪的目的。太阳在天球上的位置可由太阳高度角
α
s和太阳方位角γ
s
确定。太阳高度角α
s
又称为太阳
高度或太阳俯仰角,是指太阳光线与地表水平面之间的夹角(0≤α
s
≤90°[4],可由下式计算得出:
目前,以双轴跟踪为基础的传感器双轴跟踪或程序控制双轴跟踪方式被普遍采用。在美国加州建造的发电功率约为300~600MW的太阳能斯特林电厂中,所有太阳能集热器均采用双轴跟踪系统。
1.2视日运动轨迹跟踪设计
太阳每天东升西落,站在地球表面的人能够观测到太阳有规律地运动。视日运动轨迹跟踪就是利用
PLC控制单元根据相应的公式和参数,计算出白天太
汤世松 舒志兵
(南京工业大学自动化学院,江苏南京210009
摘 要:为了更充分、高效地利用太阳能,设计了基于P LC的双轴伺服太阳能跟踪系统。该系统采用视日运动轨迹跟踪方案,控制器根据相关的公式和参数计算出白天太阳的位置,再将高度角和方位角转化成相应的脉冲发送给伺服驱动器,驱动伺服电机实时跟踪太阳。同时,系统使太阳能板随着太阳的高度变化而倾斜,从而获得最大的太阳能。理论分析表明,采用该跟踪技术可以有效地提高能量接收率。
Keywords:Motion traject ory trackingSolar energyTracking systemPLCServo mot or
0引言
开发新能源是全世界正共同面临的课题。光伏发
电是新能源中最具可持续发展理想特征的可再生能源技术之一,受到全世界的普遍重视并得到迅速发展。光伏发电成本过高是制约其长期高速发展的主要原因,解决途径之一是提高发电系统的发电量,即将平板光伏组件受光面时刻正对太阳,从而在相同的辐照条件下吸收比固定安装光伏组件更多的太阳辐射能量,以达到降低光伏发电成本的目的。
控制两种,此外,也可分为单轴跟踪和双轴跟踪
[2]
。
传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光是否偏离电池板法线,当太阳光偏离电池板法线时,传感器发出偏差信号,经放大、运算后控制执行机构,使跟踪装置重新对准太阳光
[3]
。这种跟踪方式的优点是灵敏度
高;缺点是受天气影响大,阴雨天无法对准太阳,甚至引起执行机构的误动作。视日运动轨迹跟踪(程序控制是根据太阳的实际运行轨迹,按预定的程序调整跟踪装置跟踪太阳。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪,虽然精度不高,但是符合实际运行情况,因此应用较广泛。单轴跟踪只是在方位角跟踪太阳,而在高度角作季节性调整。双轴跟踪是在方位角和高度角两个方向跟踪太阳轨迹。因此,双轴跟踪的效果优于单轴跟踪。
太阳方位角γ
s
是指太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角[4],即:
cosγs=sinαs sin;-sinδ
cosαs角ω的计算需要通过时间确定。
sinαs=sin;sinδ+cos;cosδcosω(1
δ=23.45sin360
365
(284+n(2式中:各角度单位均为°。其中,;为当地纬度角;δ为太阳赤纬角,春分和秋分时δ=0°,夏至时δ=23.5°,冬至时δ=-23.5°;ω为时角,是用角度表示的时间;n为1年中的日期序号,从1月1日开始,n=1,每往后加一天,即n=n+1。