自动跟踪系统模板

自动跟踪系统

抛物面聚光器只能搜集太阳直射光线,而对散射部分为力。所以所讨论光路关键直射太阳辐射能。抛物面聚光器聚光系统必需使光轴指向太阳,即进行太阳高度角和方位角跟踪。高度角跟踪机构作用是让反射镜绕俯仰轴旋转,以跟踪太阳高度角,即上下转动。方位角跟踪机构作用是让反射镜绕太阳方位旋转,它旋转平面是水平面,即左右转动。根据入射光线和主光轴位置关系我们能够把她们划分为两轴跟踪型和单轴跟踪型。(1)单轴跟踪型:跟踪系统转轴南北(东西)方向安装,东西(南北)转动跟踪。(2)双轴跟踪型:跟踪系统有方位轴和俯仰轴两个转轴。方位轴垂直于水平面,俯仰轴同方位轴垂直。反射镜同时绕两个轴转动以使反射镜光轴和太阳光线方向一致。单轴跟踪按部署不一样能够再进行划分。所以常见抛物面聚光器归纳为下面几类:(1)南北地轴式:跟踪系统转轴南北方向倾斜部署,东西跟踪。跟踪

度角Φ。(2)南北水平式:跟踪系统转轴南北方向水平部署,东西转动跟踪。
(3)东西水平式:跟踪系统转轴东西方向部署,南北转动跟踪。

(4)两轴跟踪式:跟踪系统存在着方位轴和俯仰轴两条转轴。方位轴垂直于地平面。俯仰轴同方位轴垂直。反射镜同时绕两轴转动以使反射镜光轴和太阳光线方向一致。图1所表示:

图1多个跟踪方法原理图
采取是抛物面聚光器,双轴跟踪时聚光器搜集到能量最大,反射镜光学性能也最好。

1．时钟法 因为地球除沿椭圆轨道绕日公转外,还绕地独自转,所以从地面上观
所表示。

图2 描述太阳位置地平面坐标系

太阳高度角h为自观察者所在地地平面至观察者和太阳连线之间夹角,显 太阳天顶角度为自观察者所在地天顶至观察者和太阳连线之间夹角;
太阳方位角r为自观察者所在地朝正南水平线至观察者和太阳连线在
地平面上投影之间夹角。通常要求,早晨太阳方位角为正,下午太阳方
位角为负。其中h和r均和观察者所在地地理纬度Φ、一年中日期和一
天中时刻(当地标按时或太阳时)相关。

依据太阳能光伏系统所在位置地理纬度Φ、某天太阳赤纬度δ和某个时刻太阳时角ω,依据已经有公式即可计算出某地任何时刻太阳高度角h和方位角r。

这一方法是依据太阳能光伏发电系统所在地理位置时间,计算出太阳高度角h和方位角r,从而确定出步进电机驱动聚光器依据太阳位置对应变动。这种方法称为时钟跟踪法。

2．太阳角度计算方法
采取时钟跟踪方法,经过程序计算出太阳在反射镜所处地理位置某时刻高度角和方位角,同反射镜上次转动停留角度相比较,计算出反射镜需要转动角度,然后控制高度角和方位角两个方向上电机,驱动反射镜转动对应角度来跟踪太阳。

（1）太阳赤纬
地球绕太阳公转轨道为椭圆形,太阳为焦点之一,近日点是1月3日,远日点是7月4日。公转一周需365.25天,将360°作24等分,每15°为一个节气,共24个节气。

地球自转轴和公转平面呈66°33′夹角,且朝向不变。地球自转一周为二十四小时,所以地球每小时自转15°,自转过程中总有半个球面朝向太阳,另半个背向太阳,形成昼夜。

射点所处纬度,用δ表示,即由地心指向日心连线和地球赤道平面之间夹 太阳直射点就是太阳光线和地平面垂直交点。太阳赤纬就是太阳直
不一样而改变,使得太阳直射点变动于南北回归线之间,即:—23°27′
≤δ≤23°27′,亦即随一年中不一样天而改变。图3所表示,现在通常
采取计算太阳赤纬近似公式为:

图3 太阳赤纬

?

?

23 . 45

sin

?

360

(

284

?

n

)

?

（1）

??

365

??

式中:n表示1年中天数,1月1日取为1,12月31日取为365。根据要求,当太阳在赤道以北时,δ为正,太阳在赤道以南时、δ为负。一年中有两天(n＝80和n＝2)太阳恰好在赤道平面内,阳光垂直照射赤道,所以这两天δ＝0,称为二分日,或分别称为春分日和秋分日。这两天太阳出现在赤道上时间恰好是12小时,即昼长和夜长恰好相等,且和观察者在地球上所处纬度无关。在夏至日(6月21日)。太阳在北纬23.45°处,即δ取其最大正值。该天北半球昼长最长,北极为极昼,终日太阳不落,而南半球昼长最短,南极为极夜,整日不见太阳。相反地,在冬至日(12月21日),太阳在南纬23.45°处,即δ取其最大负值。该天北半球昼长最短而南半球昼长最长。

图3 太阳赤纬在一年中改变
利用公式（1）进行计算时,δ值正确范围在＋0°22′(最大正偏差发生在5月1日)和－1°42′(最大负偏差发生在10月9日)之间,图3所表示。

表1-1给出一年12个月中每隔4天太阳赤纬值。进行拉格朗日线性插值,即可得到太阳能工程计算所要求正确到0.5°以内正确值,而且这些数据逐年改变通常能够忽略不计。

其具体插值方法,以第30天为例,设第一天赤纬度为s(1)= -23.1,

第五天为s(5)= -22.7, 第九天为s(9)= -22.2, 第十三天为s(13)= -21.6, 第十七天为s(17)= -20.9, 第二十一天为s(21)= -20.1, 第二十五天为s(25)= -19.2, 第二十九天s(29)= -18.2, 每个月第几天用参数v表示。

当1≤v≤9 时,设 a0= 1, a1= 5, a2= 9
由 l0= (v - a1)* (v - a2)/ ((a0- a1)* (a0- a2)) l1= (v - a0)* (v - a2)/ ((a1- a0)* (a1- a2)) l2= (v - a0)* (v - a1)/ ((a2- a0)* (a2- a1)) δ = l0* s(1) + l1* s(5) + l2* s(9)
当10≤v≤17时,设a0= 9, a1= 13, a2= 17
由 l0= (v - a1)* (v - a2)/ ((a0- a1)* (a0- a2)) l1= (v - a0)* (v - a2)/ ((a1- a0)* (a1- a2)) l2= (v - a0)* (v - a1)/ ((a2- a0)* (a2- a1))

当18≤v ≤25时,设a0= 17, a1= 21, a2= 25 得 δ= l0* s(9) + l1* s(13) + l2* s(17)
l2= (v - a0)* (v - a1)/ ((a2- a0)* (a2- a1))
得δ= l0* s(17) + l1* s(21) + l2* s(25)
当v≥25时,设a0= 21, a1 = 25, a2 = 29
由l0= (v - a1)* (v - a2)/ ((a0- a1)* (a0- a2))
l1 = (v - a0)* (v - a2)/ ((a1- a0)* (a1- a2))
l2 = (v - a0)* (v - a1)/ ((a2- a0)* (a2- a1))
得δ= l0* s(21) + l1* s(25) + l2* s(29)
其中:δ为太阳赤纬角;

月 份	日 期	赤纬 度值	月 份	日 期	赤纬 度值	月 份	日 期	赤纬 度值
1	1 5 9 13 17 21 25 29	-23°4′22 42 22 13 21 37 20 54 20 5 19 9 18 8	2	1 5 9 13 17 21 25	-17°19′ 16 10 14 55 13 37 12 15 10 50 9 23	3	1 5 9 13 17 21 25 29	-7°53′ 6 21 4 48 3 14 1 30 0 5 +1 30 3 4
4	1 5 9 13 17 21 25 29	+4°14′ 5 46 7 17 8 46 10 12 11 35 12 26 14 13	5	1 5 9 13 17 21 25 29	+14°50′ 16 2 17 9 18 11 19 9 20 2 20 49 21 30	6	1 5 9 13 17 21 25 29	+21°57′22 28 22 52 23 10 23 22 23 27 23 25 23 17
7 w 10	1 5 9 13 17 21 25 13 17 21 25 29	+23°10′ 22 52 22 28 21 57 21 21 20 38 19 50 ww. 7 29 8 58 10 25 11 50 13 12	t 11	1 5 9 25 a 13 17 21 25 29	+18°14′ 17 12 17 6 豆11 2 odo 17 45 18 48 19 45 20 36 21 21	网 c 12	1 5 9 13 17 21 25 s 13 17 21 25 29	+8°35′ 7 7 5 37 4 6 2 34 1 1 -0 32 .co 22 45 23 20 23 26 23 25 23 17

（2）太阳时角ω。

设某地太阳时角Hs:
Hs=Hls＋E/60±（Lsm－Llso）/15 （2）其中:Hls为地面观察点所在地域标按时间,中国为北京时间;
Llso为地面观察点所在地域所对应经度,合肥经度为117.27°; Lsm为制订标按时间所对应经度,北京时间取经度为东经120°; /15）E为地球公转引发Hs和钟表时H（等于Hls＋E/60±之间修正值,E=9.87sin2B－7.53cosB－1.5sinB,式中:B=360（n－81） /3,

其中n为所求日期在一年中第几天排序数,1月1日为第一天;
最终一项东半球取“－”,西半球取“＋”,中国为东半球取“－”。 太阳时角ω定义为:在正午时ω＝0,每隔一小时增加15°,早晨为正,下午为负。即
ω＝15°×（12－Hs）（3）

3．太阳高度角、方位角计算:
太阳高度角计算表示式为:

sinh ?	sin	Φsinδ+cosΦcosδcosω （4）
h=90°—			??	?

太阳方位角计算表示式为:

即确定了太阳位置,经过驱动电