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        槽式太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

        2018-06-18 07:59:12王寶文
        商品與質(zhì)量 2018年51期
        關(guān)鍵詞:聚光器槽式南北

        王寶文

        陽光電源股份有限公司 安徽合肥 230088

        式太陽能集熱器一般是南北布置物跟蹤或南北布置物跟蹤,其特點(diǎn)是一維跟蹤水平布置,大型槽式太陽能集熱器不僅驅(qū)動(dòng)扭矩大,而且驅(qū)動(dòng)角度大。波谷集中器采用主動(dòng)跟蹤,其太陽跟蹤角度算法與二維雙軸跟蹤算法有很大區(qū)別。槽式太陽能熱發(fā)電,本文的作者冷凝器的特點(diǎn),槽型太陽能跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),采用可編程序邏輯控制器(programmablelogiccontroller、PLC)根據(jù)軌跡,活躍的太陽跟蹤槽式冷凝器,實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽并不依賴于氣候變化、槽式太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì),根據(jù)風(fēng)速和時(shí)間自動(dòng)保護(hù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽的自動(dòng)、全天候跟蹤,通過工程應(yīng)用證明,跟蹤效果能滿足槽式太陽能的精度要求。

        1 太陽跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        設(shè)計(jì)槽式太陽能跟蹤控制系統(tǒng),首先需要建立跟蹤角度的算法模型。

        1.1 視日運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)學(xué)模型

        圖1為太陽位置計(jì)算的地平坐標(biāo)系幾何模型。

        圖1

        以太陽跟蹤系統(tǒng)所在地為原點(diǎn)建立的地平坐標(biāo)系,則S可表示為:

        由式(1)可以看出,在地平坐標(biāo)系中,由太陽高度角和方位角就可以確定太陽在地球中的位置。在時(shí)角坐標(biāo)系里,太陽高度角和方位角的計(jì)算公式如下:

        式中:δs為太陽赤緯角,(°);L為當(dāng)?shù)亟?jīng)度,(°);ω為時(shí)角,(°)。

        赤緯角計(jì)算使用文獻(xiàn)的計(jì)算公式,該式具有比較高的精度,計(jì)算如下:

        式中:θ為日角,計(jì)算式如下:

        式中:N為積日,無量綱數(shù);N0為年校正系數(shù),無量綱數(shù)。

        所謂積日,就是日期在年內(nèi)的順序號(hào),例如,1月1日其積日為1,平年12月31日的積日為365,閏年則為366。

        1.2 槽式太陽能聚光器跟蹤角度確定

        槽式太陽能聚光器有2種布置方式,分別是南北布置東西跟蹤和東西布置南北跟蹤。對(duì)于南北布置東西跟蹤形式槽式太陽能聚光器,其跟蹤太陽的旋轉(zhuǎn)角度,用太陽高度角和方位角表示:

        式中:ρ為槽式太陽能聚光器跟蹤角度,(°);β為聚光器幾何中心與正南北軸的夾角,(°)。本文聚光器采用南北布置正南安裝,其β=0。只要確定槽式聚光器安裝所在的的經(jīng)度和緯度,由式(2)-(11),即可得到當(dāng)?shù)貢r(shí)間槽式太陽能聚光器的跟蹤角度ρ。

        1.3 PLC控制程序流程

        完成PLC軟件初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、液壓系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)通信工作。首先,初始化系統(tǒng)。主要設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和系統(tǒng)參數(shù),包括本地經(jīng)緯度、時(shí)區(qū)、跟蹤有效太陽角、間隙跟蹤間隔時(shí)間等。為了減少電磁閥的動(dòng)作時(shí)間,程序每1min執(zhí)行一次,執(zhí)行周期設(shè)置為20s。程序首先確定系統(tǒng)的控制方式。如果處于自動(dòng)模式,則程序執(zhí)行自動(dòng)控制邏輯。如果不是自動(dòng)模式,系統(tǒng)將進(jìn)入手動(dòng)模式。當(dāng)?shù)貢r(shí)間讀PLC程序,經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù),根據(jù)槽太陽能集中器的角跟蹤角的數(shù)學(xué)公式和拋物線槽型電容式角度傳感器電流比較,當(dāng)程序執(zhí)行誤差大于0.4°以下指令。系統(tǒng)的工作時(shí)間設(shè)定在05:00-20:00??刂破鞯臅r(shí)鐘芯片每天早上5點(diǎn)叫醒控制器,系統(tǒng)開始工作。當(dāng)太陽下山時(shí),PLC發(fā)出快速移動(dòng)加熱裝置到保護(hù)位置的指令,等待第二天開始。

        2 槽式太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的應(yīng)用

        本文設(shè)計(jì)的槽式太陽能聚光集熱系統(tǒng)拋物槽長(zhǎng)度為50m,開口寬度為5.74m。安裝在合肥市經(jīng)開區(qū)玉蘭大道(117.1597°E,31.7923°N),安裝采用東西水平布置南北軸跟蹤模式。選取2016年中4個(gè)典型日期進(jìn)行太陽跟蹤的應(yīng)用試驗(yàn),這4個(gè)典型日期分別是:春分日(2016年 3月20日)、夏至日(2016年6月21日)、秋分日(2016年9月22日)以及冬至日(2016年12月21日)。在4個(gè)典型日期時(shí)記錄PLC控制系統(tǒng)計(jì)算的太陽高度角、方位角、聚光器的跟蹤角度以及聚光器測(cè)量角度的變化數(shù)據(jù)[1]。分析了本文開發(fā)的跟蹤控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的太陽能集熱器。四種典型的天冷凝器跟蹤角差異較大,坡口運(yùn)動(dòng)太陽能跟蹤系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征更加復(fù)雜,一天的控制規(guī)律不一致,有很強(qiáng)的非線性,系統(tǒng)運(yùn)行在夏至跟蹤范圍最大,冬至軌道范圍內(nèi)最小和與角跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行范圍0-180°。冬至,盡管軌道范圍最小,冷凝器運(yùn)行速度最快,峰值為0.398°/分鐘。雖然夏至,雖然軌道范圍最大,最慢的速度冷凝器運(yùn)行,峰值為0.232°/分鐘,夏至和冬至不同運(yùn)行速度是大約0.166°/分鐘,春分和秋分和運(yùn)行速度不大,每天中午是槽式太陽能聚光跟蹤太陽是最快的時(shí)刻。

        3 結(jié)語

        該裝置具有成本低、跟蹤精度高、易于自動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它是一種跟蹤控制方法,對(duì)槽式太陽能光熱系統(tǒng)具有良好的跟蹤效果,具有較高的實(shí)用性和廣闊的發(fā)展前景。

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