(完整版)太陽跟蹤控制方式

1、太陽跟蹤控制方式國內外，太陽跟蹤系統(tǒng)中實現(xiàn)跟蹤太陽的方法很多，基本上可以分為兩類:一類是實時的探測太陽對地位置，控制對日角度的被動式跟蹤;另一類是根據(jù)天文知識計算太陽位置以跟蹤太陽的主動式跟蹤。文獻中介紹了被動式跟蹤的典型代表:壓差式跟蹤器和光電式跟蹤器;主動式跟蹤的典型代表:控放式跟蹤器、時鐘式跟蹤器和采用計算機控制和天文時間控制的視日運動軌跡跟蹤器。以下對兩種類型中目前主要采用的光電跟蹤方式和視日運動軌跡跟蹤方式進行比較。一般地，在聚光光伏發(fā)電的應用多采用校準的光筒，它可以阻止散射進入傳感器達到更精確的太陽位置探測。（1）光電跟蹤雖然光電跟蹤方式本身的精度較高，但是它卻具有嚴重的缺點:在陰

2、天時，太陽輻照度較弱（而散射相對會強些），光電轉換器很難響應光線的變化;在多云的天氣里，太陽本身被云層遮住，或者天空中某處由于云層變薄而出現(xiàn)相對較亮的光斑時，光電跟蹤方式可能會使跟蹤器誤動作，甚至會引起嚴重事故。對于太陽能發(fā)電來說，是可能在晴朗、陰天和多云等任何天氣情況下進行的。光電跟蹤能夠在較好的天氣條件下，提供較高的精度，但是在氣象條件差時跟蹤結果不能令人滿意。（2）視日運動軌跡跟蹤視日軌跡跟蹤的原理是根據(jù)太陽運行軌跡，利用計算機（由天文學公式計算出每天中日出至日落每一時刻的太陽高度角與方位角參數(shù)）控制電機轉動，帶動跟蹤裝置跟蹤太陽此跟蹤方式通常采用開環(huán)控制，由于太陽位置計算與地理位置（如

3、緯度、經度等）和系統(tǒng)時鐘密切相關，因此，跟蹤裝置的跟蹤精度取決于一是輸入信息的準確性，二是跟蹤裝置參照坐標系與太陽位置坐標系的重合度，即跟蹤裝置初始安裝時要進行水平和指北調整。太陽跟蹤機構雙軸跟蹤如果能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽就可以獲得最多的太陽能，全跟蹤即雙軸跟蹤就是根據(jù)這樣的要求而設計的。雙軸跟蹤又可以分為兩種方式:極軸式全跟蹤和高度角方位角式全跟蹤。1）極軸式全跟蹤。極軸式全跟蹤原理如圖1一5a所示:跟蹤裝置的一軸指向天球北極，即與地球自轉軸相平行，故稱為極軸;另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。工作時電池板繞極軸運轉，其轉速的設定與地球自轉角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽

4、的時角變化;電池板繞赤緯軸作俯仰轉動是為了跟蹤赤緯角的變化。這種跟蹤方式并不復雜，但在結構上電池板的重量不通過極軸軸線，極軸支承裝置的設計比較困難。2）高度角一方位角式太陽跟蹤。高度角和方位角式太陽跟蹤方法又稱為地平坐標系雙軸跟蹤，其原理如圖1一sb所示電池板的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。工作時電池板根據(jù)太陽的位置變化繞方位軸轉動改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運動改變電池板的傾斜角，從而使電池板的法線始終與太陽光線平行。這種跟蹤系統(tǒng)的特點是跟蹤精度高，而且集熱器的重量保持在垂直軸所在的平面內，支承結構的設計比較容易。由于太陽跟蹤系統(tǒng)采用地平坐標系運動控制規(guī)律較為直觀，結構

5、受力特性好、操作性強、容易實現(xiàn)跟蹤系統(tǒng)的大型化.因此，本章采用矢量分析方法，主要對地平坐標系全跟蹤系統(tǒng)跟蹤角運動控制方程和控制方式進行全面地分析，并對跟蹤機構的安裝誤差、運行時間誤差、運行誤差等可能導致跟蹤系統(tǒng)精度降低的因素進行系統(tǒng)研究。地平坐標下，雙軸太陽跟蹤系統(tǒng)B邙（屮丄1丿龍）P=P（®Lloc，n,t）雙軸跟蹤系統(tǒng)運動控制方法通常，太陽跟蹤可以采用連續(xù)跟蹤和間歇跟蹤兩種基本方法進行太陽跟蹤系統(tǒng)的運動控制。連續(xù)跟蹤方法為跟蹤角按照太陽位置變化規(guī)律隨時間連續(xù)調節(jié)以跟隨太陽運行軌跡的變化的控制方法，根據(jù)上節(jié)跟蹤系統(tǒng)運動特性的研究結果可以看出，太陽跟蹤的兩個運動軸的速度非常小，最小速

6、度僅為0.00028轉/min，為了避免系統(tǒng)在超低速運動下出現(xiàn)位置伺服控制的不穩(wěn)定，系統(tǒng)設計時就需要非常大的減速比;但是，連續(xù)跟蹤意味著電機在不停的運動，將消耗大量的電能，違背了太陽能發(fā)電的目的，因此，連續(xù)跟蹤方法并不適合用在太陽能發(fā)電系統(tǒng)。本論文綜合考慮跟蹤精度和系統(tǒng)能耗，采用間歇跟蹤方法，即每隔一段時間后，運動軸快速調整一次跟蹤角，并使各運動軸的轉角與其由于停頓導致落后于太陽運行的方位角和高度角相等，其余時間系統(tǒng)跟蹤角驅動機構固定不動，如此循環(huán)，因而形成跟蹤系統(tǒng)間歇追蹤太陽的跟蹤方法。顯然，采用間歇跟蹤方法，不僅可以簡化系統(tǒng)控制，避免龐大的減速系統(tǒng);而且可以減少步進電機的運行次數(shù)，增加電機

7、的運行壽命，降低跟蹤運動系統(tǒng)本身的能耗。我們知道，雖然間歇跟蹤方法具有上述優(yōu)點，但不可避免的要犧牲系統(tǒng)的跟蹤精度，因此本節(jié)將從理論上分析不同的運動控制參數(shù)對跟蹤精度的影響，從而確定在使用要求許可的誤差范圍內，實現(xiàn)間歇跟蹤控制方法。絕對編碼器位置檢測裝置是運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，該位移量與給定值進行比較，得到誤差信號，控制器根據(jù)誤差信號進行控制調節(jié)，使系統(tǒng)趨向減小誤差，最終使誤差為零。本文采用絕對式的光電編碼器用于跟蹤系統(tǒng)高度角和方位角位置的反饋。由于跟蹤裝置兩軸的跟蹤范圍均在360”以內，編碼器若能直接連接在目標檢測軸，單圈的絕對編碼器就足夠。但是考慮跟蹤系統(tǒng)機械設計的特點，安裝在最后一級輸出軸上比較困難，因此編碼器需要安裝在前一級間接的檢測軸的位置，此時軸的轉動角度已經超過360度，此時，必須采用多圈的絕對編碼器。最終選用上海精浦機電型號為GAX60R13/12的編碼器，其主要性能指標為分辨率/圈:8192（13位），連續(xù)4096圈，即能檢測的最小角度為360o/2i3二0.0440由于絕對編