塔式太陽能熱發(fā)電中的定日鏡跟蹤系統(tǒng)設計

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1、萬方數(shù)據(jù)塔式太陽能熱發(fā)電中的定日鏡跟蹤系統(tǒng)設計耿其東1，朱天宇2，陳飛21．鹽城工學院機械工程學院，江蘇鹽城2240512．河海大學機電工程學院，江蘇常州213022；[摘要]在塔式太陽能熱發(fā)電中。應用全新的跟蹤聚光理論一～陳氏跟蹤方法Ⅲ。以PICl6F877i；單片機為控制核心，設計了閉環(huán)控制的定日鏡跟蹤系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的跟蹤方式相比，自旋l：+仰角跟蹤方式使得定日鏡的像差小，可實現(xiàn)在任何氣候條件下對目的穩(wěn)定可靠跟蹤。i；[關鍵詞]塔式；太陽能；熱發(fā)電；跟蹤；定目鏡；單片機；閉環(huán)控制l；[中圖分類號]TM615；[文獻標識碼]Al；[文章編號]1002—3364(2009)02—0081—

2、03l塔式太陽能熱發(fā)電是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光反射到固定在塔頂部的接收器上，產(chǎn)生高溫并加熱工質產(chǎn)生過熱蒸汽，推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，從而將太陽能轉化為電能。定日鏡在電站中不僅數(shù)量最多、占地最大，而且投資最大。定El鏡的跟蹤效果嚴重影響著太陽能的利用效率。研究表明，對El跟蹤與不跟蹤，能量的接收率相·差37．7％心]。精確地跟蹤太陽可使接收器的熱效率大大提高，進而提高了整個裝置的太陽能利用率。1定日鏡跟蹤系統(tǒng)1．I跟蹤方式傳統(tǒng)跟蹤方式主要是方位角+仰角的跟蹤方式，即為定El鏡運行時通過轉動基座來調整定El鏡的方位，同時調整鏡面仰角。理論上，此方式可以完全實現(xiàn)對El跟蹤，但是其存

3、在像差相當大、聚光效果欠佳的固有缺陷?。自旋+仰角的跟蹤方式采用鏡面自旋同時調整鏡面仰角實現(xiàn)定El鏡的對El跟蹤。這是由新的聚收稿日期：作者簡介：E—mail：光跟蹤理論推導出的一種跟蹤方法。也被稱為陳氏跟蹤方法。與傳統(tǒng)的跟蹤方式相比，采用自旋+仰角跟蹤方式整個系統(tǒng)的象差小，從而提高了太陽的聚光效率。1．2控制方式及控制系統(tǒng)定日鏡控制系統(tǒng)控制定日鏡在不同時刻使太陽光線全部反射到同一個位置，從而達到定點投射的目的。目前，定日鏡控制主要采用程序控制或傳感器控制，這2種控制方式都屬于開環(huán)控制。程序控制方式是通過計算太陽運動規(guī)律來控制跟蹤機構的運動，其存在累積誤差的缺陷；傳感器控制方式是由傳感器

4、實時測出入射太陽光線的方向，以此控制跟蹤機構的運動，其存在多云條件下難以找到反射鏡面準確定位方向的缺陷。以程序控制為主，采用傳感器實時監(jiān)測作為反饋的控制方式是一種閉環(huán)控制方式，這種控制方式對程序進行了累積誤差修正．使之在任何氣候條件下都能夠得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制，其控制功能為：計算機根據(jù)GPS提供的定位和授時計算出太陽的準確方位，并通過網(wǎng)絡將該計算結果輸送給現(xiàn)場的每一個單片2008一06一04耿其東(1979一)。畢業(yè)1二南京航空航天大學機電學院，現(xiàn)為江蘇省鹽城工學院機械工程學院助教，河海大學機電學院在職研究生，研讀方向為太陽能熱發(fā)電。kengqidong@l63．corn●蛋^∞“j

5、∞Ⅺ一主甚歹～{發(fā)電技術論壇一熱力發(fā)電．二oo九萬方數(shù)據(jù)發(fā)電技術論壇蔥力第發(fā)誓號姜O磊o。、九機，步進電機根據(jù)單片機的指令進行相應動作；系統(tǒng)運行中，測試裝置可能出現(xiàn)誤差，導致系統(tǒng)的位置反饋量出現(xiàn)累積誤差。當傳感器發(fā)現(xiàn)這一誤差時，將誤差量提供給單片機，單片機根據(jù)誤差進行調整。定日鏡跟蹤系統(tǒng)如圖l所示。2硬件設計圈1定日鏡跟蹤系統(tǒng)2．1硬件結構美國MICROCHIP公司生產(chǎn)的PIC系列單片機是目前全球應用最為廣泛的單片機。PIC系列單片機指令單字節(jié)化，單周期化，具有哈佛總線結構與哈佛體系結構精簡指令集(中檔系列單片機只有33條指令)，尋址方式簡單，運行速度快，功耗低，驅動能力強，尋址范圍大，

6、外圍電路簡單，開發(fā)方便，其硬件結構如圖2所示。串幾電路太陽光檢測電路供電電路殲關豉輸入電路模擬鰱輸入電路自動跟蹤控制定位JF關檢測指爾燈時鐘電路圖2PIc系列單片機硬件結構串行口電路采用RS一485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，與計算機實現(xiàn)雙向通信。計算機根據(jù)陳氏跟蹤理論計算出自旋角和仰角。通過串行口傳輸給PIC系列單片機。2．2太陽光跟蹤與定位圖3是太陽光檢測電路，由光敏電阻作為傳感器檢測太陽光線變化，由此組成惠斯頓電橋，用于控制步進電機的跟蹤和停止。CDS為暗電阻(100ktl)，光電阻為(5～10)kfl。為了保證電源轉換精度，在電源輸入端裝有一個0．01／aF的電容。將CDS所在橋臂的滑

7、動變阻器電阻調至100k0(光敏電阻的暗電阻為100kQ)且CDS的電阻為100kQ時，橋臂兩端的電壓差為0。在步進電機朝向東方的初始位置，裝有一個精密定位開關，當單片機檢測到的電壓差為0時，如果定位開關為閉合(on)狀態(tài)，說明此時由黑夜變?yōu)榘滋?，定日鏡開始自動跟蹤太陽；如果定位開關為打開狀態(tài)(off)，說明此時由白天變?yōu)楹谝梗竭M電機會自動復位到定位開關處。當橋臂兩端的電壓差不為0時，如果定位開關為on狀態(tài)，說明此時處于黑夜，步進