太阳能自动跟踪系统的探索.ppt

太阳能自动跟踪系统的探索与模拟实验,作者徐文灿学校南京理工大学,太阳能利用研究的重要性,能源短缺和环境保护地球每天收到的太阳能约41015千瓦时，相当于2.5108万桶石油太阳能清洁无污染、取之不尽、用之不竭我国每年接收到335～873KJ/cm2,太阳辐射的主要特点,太阳能利用率不高的原因分散性方向性不稳定性,,,太阳跟踪系统使太阳光永远垂直照射在接收面上（能量积分）提高太阳能的吸收率和转化率,提高太阳能的利用率,,图1一天中日照量随时间的变化及由倾角决定的辐射量的不同（6月份在英国的测定实例）,目前使用的跟踪系统,单轴太阳能自动跟踪器步进式太阳能自动跟踪可自动跟踪的太阳灶五像限法太阳自动跟踪仪单轴液压式自动跟踪极轴式跟踪不足结构复杂，跟踪精度不高，不能全自动跟踪,太阳能自动跟踪系统的设计思想,最大能量积分“多元法三维”太阳自动跟踪系统,,一、“多元法”太阳定位装置,光敏电阻的布置,正中央的光敏电阻与电池板垂直，最边上的两上光敏电阻与电池板的夹角可由下公式确定,光敏电阻的布置,某地黄昏时电池板与地面的夹角，（电池板的极大转角）当地早晨光线与地面的夹角（太阳高度角）R半圆柱体的半径L电池板的长度,与“多元法”定位装置相对应，整个系统必须用6个电机分别对Aa、Bb、Cc、Dd、Ee、Ff方向进行控制，各个控制系统的原理图如图4所示。开关A和B（或B′）具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰。,三、控制系统,,三、控制系统,,开关设计,具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰光敏电阻LDR1用以探测太阳辐射，而LDR2用来探测环境亮度，通过太阳辐射与环境亮度的比较结果来决定哪个电机转动、向哪个方向转动。同时可以根据需要调节可变电阻RV1，使得当LDR1接收到的太阳辐射是LDR2的几倍（如1.2倍）时，相应的电机向相应的方向转动一定角度。,“滞后效应”“滞后效应”是通过反馈电阻R5实现的,滞后的幅度与R5的数值成反比，当R5开路时，滞后幅度为零。“暗触发”当光照水平降到一个特定的数值上时继电器接通，但是直到光照强度确实再一次地上升到这个特定数值以上，否则此继电器是不会再断开的。,开关A,,开关A,,开关B,开关B、B′上的光敏电阻分别是单方向定位装置（图3）两边的电阻，一个光敏电阻用一个控制电路。开关B导通时，电机沿逆时针方向转动；开关B′导通时，电机沿顺时针方向转动。开关A和B（或B′）都具有很高的灵敏度和稳定性，且不易受环境温度和电源电压的影响。,,开关B,,,四、小灯自动跟踪系统试验,3.1试验原理图6是自动跟踪装置的机械结构示意图。小木板固定在支架上，细绳两端分别固定在小木板的两端的绳轮上，与步距角为1.8o的步进电机转轴通过110的卷筒轴相连。小木板中央固定着如图3所示的单方向定位装置，由五个电阻为1K～2M的光敏电阻镶嵌在半圆柱体上，每两个光敏电阻相间隔18o，且正中央的光敏电阻与小木板垂直。电阻的深度为5cm，这样确保小手电筒的光照要离开前一个光敏电阻时，恰好能照在后一个光敏电阻上。,,,4.1试验原理,,4.2控制系统,控制电路还是图4所示的电路图。“开关A”与5-a类似，只是将LDR2换成10k的电阻，如7-a图所示，电路中的光敏电阻置于定位装置中央。显然，该电路也具有灵敏精密、“滞后效应”和“暗”触发的特点。如7-b图所示，开关B、B′的电路与图5-b类似，也是将LDR2换成电阻为10k的电阻，它们的光敏电阻分别是定位装置两边的电阻。,,开关A,,开关B,试验时，用手电筒照射定位装置，并使光线从左向右运动。当光照在第一个光敏电阻上时，开关A（暗触发）和B同时接通，电机带动木板向逆时针方向转动一定角度，光从第一个光敏电阻离开并照在第二个光敏电阻上，电机带动木板又向逆时针方向转动相同的角度，这时光照在正中央的光敏电阻上，即光垂直照在小木板上，开关A断开（暗触发），电机不转；光继续向右运动，照在第四个光敏电阻上，开关A和B′接通，电机带动木板向顺时针方向转动一定角度，这时光又垂直照在小木板上，开关A断开（暗触发），电机不转,4.3运行过程,,4.4试验结果,如此反复地进行跟踪小灯。当手电筒光的运动速度不大于5cm/s时，经过20次的来回运行，系统的跟踪误差不超过1o,累积定位误差较小；当手电筒光的运动速度大于5cm/s小于15cm/s时，经过20次的来回运行，系统的跟踪误差为2o3o；当手电筒光的运动速度大于15cm/s时，经过20次的来回运行，系统的跟踪误差大于3o。,,4.5讨论与应用前景,全自动跟踪、积累误差小；抗干扰能力强、可靠性高、自耗能量低；采用该太阳自动跟踪系统能大大提高太阳能的利用率;可以利用单片机控制，以更精确地跟踪本系统可用于其它太阳能利用装置，有广泛的应用前景。,,五参考文献,[1][日]浜川圭弘等著田小平等译太阳光发电新时代出版社1979[2]陆利生单轴太阳能自动跟踪器液压传动系统的设计新能源1994，16（10）[3]王志峰抛物跟踪式太阳高温集热器的研究太阳能学报2000，21（1）[4]冷长庚编太阳能及其利用科学出版社1975[5]苏步霄等敏感器件及其应用中国铁道出版社1987[6]林珊等太阳能发电系统的最大功率跟踪控制新能源1999，21（2）[7][美]Isaas.R.霍尔斯特罗姆著张汝航等译太阳能电池与太阳能电子线路上海科技文献出版社1984。,致谢,南京理工大学教务处本科生科研基金资助理学院物理实验室老师、以及一些研究生感谢陆建教授对本工作的关心与指导对大学期间关心、帮助和支持过我的所有老师、同学和朋友表示衷心的感谢感谢我父母、家人等亲人对我人生旅途的关心和支持,,