全自动太阳跟踪器的研制和应用

为了解决太阳辐射观测台站直接辐射表跟踪不准等问题,成功研制了全自动太阳跟踪器。跟踪器具有两种可自行切换的跟踪方式:传感器跟踪方式和太阳运行轨迹跟踪方式。介绍了这两种模式的工作原理,这两种方式自行切换,互相配合,实现了高精度的全天候太阳自动跟踪。经过数月的原理试验和一年半的台站试验,跟踪误差在±0.14°内。全自动太阳跟踪器的研制成功,在没有改进辐射传感器的情况下,可提高直接辐射、总辐射的测量准确度;解决了直接辐射表信号线缠绕的难题;实现了直接辐射、日照时数和散射辐射的全自动测量。

一种新型太阳跟踪器的设计

设计了基于位置敏感探测器(PSD)的太阳跟踪器,实现对太阳的自动跟踪。该跟踪器能够适应各种天气,晴天时启动光电跟踪,阴雨天时启动日历跟踪,能够实现方位角在360°范围内,高度角在90°范围内自动跟踪。进行了系统误差分析与实验,实验结果表明:该方法的跟踪精度在±12°,视场角度内为0.1°,各种天气情况下,跟踪器均能稳定地工作,能够达到预期的设计性能。

一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计

该文介绍了一种智能型全自动太阳跟踪装置机械结构的设计、机械原理 ,并对定位系统的工作过程和遮光装置的设计进行了详细的描述。该仪器可用于太阳直接辐射、总辐射、散射辐射和长波辐射的测量 ,在现有结构的基础上 。

智能型双轴太阳跟踪控制系统的设计

介绍了智能型双轴太阳跟踪控制系统的软硬件设计。系统以C8051F020单片机为控制核心采用混合控制方式,即晴天时采用传感器跟踪,有乌云时采用定时跟踪,2种跟踪模式系统自动切换,有效地克服了单一跟踪模式的缺点。通过实验测试,该跟踪控制系统达到了预期的性能指标,对提高太阳能的利用率有重要的现实意义。

两维程控太阳跟踪器控制系统的研制

通过对太阳运行轨迹理论的分析和研究,确定了太阳跟踪器的运动数学模型,并就其不同的天文算法公式进行了比较和选择,以保证系统的跟踪精度。在此基础上针对太阳跟踪器的控制原理,提出了系统的技术方案,详细阐述了控制系统的软件平台和硬件电路的设计。试验结果表明:两维程控太阳跟踪器的性能指标完全满足应用要求,运行稳定可靠,能适应各种复杂环境条件,这将在气象观测、高精度太阳跟踪测量以及太阳能源利用等领域有重要和广泛的应用。

基于太阳跟踪的自动光谱采集系统研制

针对太阳光谱采集过程中光谱仪镜筒固定而无法实现跟踪采集的问题,研制一种基于太阳跟踪的自动光谱采集系统。采用四象限传感器作为太阳跟踪探测器,实时跟踪定位太阳方位角,并利用探测器输出的光电信息进行计算,进而控制电机转动,利用反射镜把任意时刻的太阳光反射到光谱仪的镜筒,实现了太阳光谱的连续采集。实验验证,该系统运行稳定,可靠性高,精度在0.05°以内。

基于STM32的光电式太阳跟踪系统设计

为了满足光电式太阳跟踪系统在低辐照和多云天气下对太阳连续跟踪的需要,设计了一种基于STM32的新型太阳跟踪系统。该系统以STM32F407ZET6为主控芯片,首先采用设计的CMOS图像传感器代替传统光电传感器,实现图像增强和预处理。其次,应用STM32对图像模块采集的图像进行实时处理,得到目标图像质心的位置,并计算出该位置相对于图像传感器视场中心的误差,并采用PID控制方法,对上述位置误差进行控制,最后以STM32产生相应的PWM驱动双轴电机,实现对机架的高精度闭环控制。该系统具有成本低、精度高、响应快、易于扩展等优点。

智能双模式太阳跟踪器

构造了可自动切换工作模式的智能太阳跟踪器以提高其在多种气象条件下的工作性能和运行可靠性。研究了太阳跟踪器的工作模式选择问题,提出了基于图像信息的工作模式切换方法。提出的太阳跟踪器具有开环和闭环两种工作模式,由成像单元、转台、步进电机、单片机、上位机等模块构成;其闭环工作模式采用了视觉伺服控制方法,开环工作模式则采用了天文跟踪方法;由天文历法来计算太阳在天空中的位置。系统由成像单元抓取天空图像,利用图像处理的方法来分析当前的天气条件或外界环境,最后系统选择并且进入合适的工作模式。太阳跟踪实验中,系统俯仰角和方位角的太阳平均指向偏差分别为0.186 5°和0.167 9°。太阳跟踪实验表明,该跟踪器运行稳定可靠,能在较复杂的气象条件下工作。

水平十字交错轴二维太阳跟踪装置的研制

基于地球绕太阳运行轨迹进行理论分析和研究,设计了一种水平十字交错轴二维太阳跟踪装置,讨论其机械结构和控制方案,并运用于光伏光热一体机中试电站。该装置可带动多个聚光单元同步跟踪太阳,降低了太阳跟踪装置的成本,特别适合于屋面太阳跟踪装置的应用。

基于ARM的太阳跟踪控制系统设计

为了改进对太阳的跟踪精度,提高太阳能的利用率,设计了一种基于ARM的新型的太阳跟踪控制系统;该系统利用32位ARM嵌入式微处理器芯片LPC2290作为控制器,通过程序对跟踪机构水平、俯仰两个方向的控制,实现对太阳的全跟踪;并在此基础上利用安装在跟踪机构上的角度传感器,对跟踪机构进行定时的误差校正,改进跟踪的精度;通过试验阶段的运行分析,此设计跟踪精度能够满足碟式太阳能热发电的需要,系统性能稳定,成本较低,功能扩展性强,具有较高的实用价值。

星载太阳辐射监测仪的高精度太阳跟踪

由于FY-3(01)星和FY-3(02)星宽视场扫描式太阳辐射监测仪(SIM)测量时间短、精度低,本文利用FY-3(03)星SIM实现了太阳的高精度跟踪测量。首先,分析了SIM太阳跟踪精度指标、跟踪转动范围,测试并确定了数字太阳敏感器(DSS)的视场范围、频率、分辨率,标定了DSS在轨像面辐照度。为消除跟踪抖动现象,分析测试了控制时间间隔和跟踪精度的关系,确定了理想控制时间间隔为500ms。外场和在轨实验结果表明,SIM太阳跟踪精度优于±0.1°,俯仰在轨跟踪精度为0.029°,偏航在轨跟踪精度为0.025°,原始太阳总辐照度(TSI)值为1 353.1W/m2。另外,DSS太阳指向精确,跟踪控制可靠,大幅增加了TSI监测时间。FY-3(03)星SIM在太阳同步轨道卫星上实现了TSI的太阳跟踪测量,跟踪精度是国际空间站(ISS)同类载荷CPD跟踪精度的10倍。

基于并联球面机构的太阳跟踪装置研究

在分析国内外太阳跟踪装置的研究现状和发展趋势的基础上,提出一种新型双轴太阳跟踪装置,该装置基于球面3自由度并联机构,其具有刚度高,结构紧凑,跟踪范围大,易于实时控制等特点,为太阳能的利用提供了有力的技术支持.

基于ADAMS和Simulink的太阳跟踪器联合仿真

为了了解太阳跟踪器的具体性能,提高设计效率,采用ADAMS和Simulink软件对太阳跟踪器的工作过程进行了虚拟仿真分析。首先利用ADAMS软件建立了系统的动力学模型;利用Simulink软件建立了基于速度闭环的双轴控制系统。然后搭建了机-电联合仿真模型,并进行了仿真研究。分析了太阳跟踪器双轴控制系统的基本性能,确定了太阳跟踪器的目标输入曲线,完成了联合仿真计算。联合仿真结果表明:系统对太阳高度角输入曲线具有较好的跟踪能力,开始跟踪1.5s后系统跟踪非常稳定,跟踪误差小于目标幅值0.1%。得到的结果表明:所建的动力学模型和控制系统模型能够准确地描述跟踪器的工作过程,提高设计效率,可为实际物理样机的开发提供可靠依据。

双模式互补高精度太阳跟踪系统的设计

提出一种时间/传感器双模式互补的太阳跟踪控制方法,并研制出聚光型阳光传感器,提高了太阳跟踪精度。以ARM Cortex-M3为内核的STM32为控制器,设计一套高精度太阳跟踪控制系统,主要由阳光传感器、模数转换芯片MAX197、时钟芯片、光电隔离、驱动、LCD12864液晶、机械部分(含东西方向、南北方向直流电机)组成。经过实验测试及某公司1200 W砷化镓发电系统的实际应用表明,系统跟踪精度达0.1°,能够满足太阳能聚光发电、太阳能热发电、太阳光照明等应用中太阳跟踪要求。

高精度双轴太阳跟踪控制器设计

结合聚光式光伏发电对太阳跟踪装置的应用需求,设计了基于DSP与CPLD的高精度双轴太阳跟踪控制器。设计以太阳位置计算的方法为主要跟踪控制方式,采用CCD传感器对太阳跟踪角度偏差检测自动定位和校准。结合光电定位校准开关,可以消除较大的机械积累误差,跟踪精度高。根据太阳高度自动调整启动返回时间,可以最大限度地获得更多的光能同时又降低了不必要的功耗。本设计实验效果良好,配合菲涅尔聚光电池使光伏发电效率大大提高,具有较高的实用价值。

基于PIC16F877A自动太阳跟踪器的设计

太阳能电池板的效率偏低导致光伏发电系统成本过高,是困扰其长足发展的主要原因。阐述了光伏发电自动跟踪系统的基本原理和研制的关键技术并以PIC16F877A为核心控制单元,设计了一种自动太阳跟踪器,能自动跟踪太阳的高度角与方位角,使太阳光线始终垂直入射在光伏阵列的表面以获取最大发电效率。详细介绍了系统软硬件设计方案并研制出相应可靠稳定运行的样机。

一种高精度的太阳跟踪方法

为提高太阳能利用率,提出了同时使用视日跟踪和光电跟踪的太阳跟踪新方法。为提高视日跟踪精度,对常见的太阳位置算法仿真比较,得到实用的太阳位置高精度混合算法;同时,设计了特制的四象限硅光电池,对视日跟踪进行误差修正,从而实现了太阳精确跟踪。理论分析和设计表明,该方法能够实现高精度、全天候地自动跟踪太阳,易于推广应用。

基于光电和倾角检测的全天候太阳跟踪传感器设计

为提高双轴太阳跟踪系统的跟踪精度,设计了一种全天候太阳跟踪传感器.该传感器主要由外壳、接口电缆、9个光电探头、倾角传感器SCA100T-D02及相应电路组成.晴天时通过光电探头检测太阳的位置,阴雨天气时通过SCA100T-D02实时反馈太阳能电池板转动后的倾角,以修正和消除太阳跟踪系统进行视日运动轨迹跟踪时的机械误差.通过理论分析计算,确定了光敏电阻器在探头中的安装位置,传感器可感知高度角在-88.83°～88.83°范围内的太阳入射光线.经试验测试,传感器的倾角检测的最大相对误差为3.8％,能满足实际应用要求.

用于太阳能集热装置的太阳跟踪传感器

太阳跟踪系统精度偏低对太阳能热发电的效率的提高有一定的影响,如何提高跟踪系统的精度也是研究太阳能利用的一个重要方面。本文介绍了一种新的太阳跟踪传感器的设计方法,把太阳位置的偏差信号通过数模转换转化成数字量作为控制信号来精确控制步进电机调整传感器位置,与以往运用简单的电平信号来判断太阳位置的方法相比,能够实现高精度测量,也有利于把信号的传输。实验表明,测量精度能够满足太阳跟踪系统的需要,该设计具有一定的实用价值。

一种新型单轴太阳跟踪方式

针对单轴跟踪精度较低的问题,提出一种新型单轴跟踪方式,采用"斜面+楔形体+转轴"的几何构造,只用一个转轴即可最大程度接近双轴跟踪的效果。通过几何关系推导出新型单轴跟踪方式的数学表达式,结合晴天太阳辐射模型进行仿真分析,与传统单轴跟踪方式进行对比。以北京地区为例,新型单轴跟踪方式接收的年辐射量相比传统单轴跟踪方式有一定程度的提高,比水平单轴跟踪方式提高22.7%。最后还证明,在其他纬度新型单轴跟踪方式仍优于传统单轴跟踪方式,其接收年辐射量可达到双轴跟踪的97%~99%。