王寶文

陽(yáng)光電源股份有限公司 安徽合肥 230088

式太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能熱發(fā)電,本文的作者冷凝器的特點(diǎn),槽型太陽(yáng)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(yáng)跟蹤槽式冷凝器,實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽(yáng)并不依賴于氣候變化、槽式太陽(yáng)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(yáng)的自動(dòng)、全天候跟蹤，通過(guò)工程應(yīng)用證明，跟蹤效果能滿足槽式太陽(yáng)能的精度要求。

1 太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)槽式太陽(yáng)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(yáng)位置計(jì)算的地平坐標(biāo)系幾何模型。

圖1

以太陽(yáng)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(yáng)高度角和方位角就可以確定太陽(yáng)在地球中的位置。在時(shí)角坐標(biāo)系里，太陽(yáng)高度角和方位角的計(jì)算公式如下：

式中：δs為太陽(yáng)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(wú)量綱數(shù)；N0為年校正系數(shù)，無(wú)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(yáng)能聚光器跟蹤角度確定

槽式太陽(yáng)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(yáng)能聚光器，其跟蹤太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)角度，用太陽(yáng)高度角和方位角表示：

式中：ρ為槽式太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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。控制器的時(shí)鐘芯片每天早上5點(diǎn)叫醒控制器，系統(tǒng)開(kāi)始工作。當(dāng)太陽(yáng)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(kāi)始。

2 槽式太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)的應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)的槽式太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)拋物槽長(zhǎng)度為50m，開(kāi)口寬度為5.74m。安裝在合肥市經(jīng)開(kāi)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(yáng)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(yáng)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(kāi)發(fā)的跟蹤控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能聚光跟蹤太陽(yáng)是最快的時(shí)刻。

3 結(jié)語(yǔ)

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(yáng)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。