A Sun Tracking System Design for a Large Dish Solar Concentrator

Energy crisis promotes the development of renewable energy, especially the solar energy. Sun tracking system proposed in this paper is such a device for efficiency improvement. This closed loop tracking system with two axis sun tracking method is controlled by a programmable logic controller (PLC) and is used for a large dish solar collector. A combination tracking mode combined active and passive tracking methods used in the design make the tracker efficient whatever the circumstances. Two stepper motors and two reduction boxes move the device towards the sun with chain transmission. Besides sun tracking, the system also has functions of overheat monitoring, wind speed monitoring and measurement of illumination.

一种适用于监控系统中弱光条件的光伏逐日系统

太阳能是当前具有代表性的绿色能源之一,固定式光伏支架由于安装方向固定,光伏面板无法始终朝向太阳,而光伏逐日系统的监控系统对于跟踪其性能和确保高效运行至关重要。因此,该文提出一种基于监控系统中可适用于弱光条件下的光伏逐日系统,采用信捷XC3 PLC承担其主要程序控制任务,利用光敏传感器收集各个方向的光强差值,通过程序计算出最佳光照角度,进而驱动电机调整为最佳照射角度,将云量和天气预报数据集成到监测系统中,以预测阳光变化并相应地辅助逐日系统运行。大幅提高光电转化率。

基于模糊PID控制策略的双轴光伏逐日系统设计

在“双碳”战略背景下,光伏发电产业的“井喷式”增长对光伏发电效率提出了更高要求。现有技术难以直接提升光伏组件的光电转化效率。为此,利用STM32F103ZET6控制器、光敏二极管、双舵机等设备搭建光伏逐日系统控制系统硬件部分,并采用模糊PID控制算法组建控制系统软件部分。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制的鲁棒性更强,可在保证控制精度的前提下极大加快响应速度并提升系统抗干扰能力,进而提升光伏系统效率。

定日镜场的输出热功率计算模型

基于全国大学生数学建模竞赛赛题的定日镜场分布数据,根据太阳视运动方法,建立太阳跟踪运动模型、阴影挡光效率理论模型、相邻定日镜遮挡选取模型与镜面反射光锥模型,得出了定日镜场的年平均光学效率、年平均输出热功率,以及单位面积的镜面年平均输出热功率,最后通过输出功率的拟合结果展现了模型的合理性。

聚光光伏发电技术研究

在工业化进程持续推进背景下,各行业对能源的需求量显著提升,现有能源储备量大幅减少,难以满足社会发展需求,为此开发并运用可再生能源和绿色能源成为重点。借助现代化技术和设备的聚光光伏发电技术逐渐进入大众的视野。文章以提高电能转换率为研究目标,阐述了聚光光伏发电技术的优点、系统组成,介绍了太阳跟踪方法以及聚光器的选择,分析了聚光光伏发电技术的国内外运用,并通过融入GPS达成远程控制,以期对相关工作有所帮助,满足现代社会的用电需求。

基于Tracker的太阳影子定位技术

该文介绍了一种定位技术,该技术用Tracker视频追踪软件对视频中不动杆的太阳影子末端位置进行追踪,采集一段时间范围中影子的长度随时间变化的数据,结合地理学(太阳赤纬、太阳高度、太阳方位角等)知识,利用最小二乘法、非线性仿真,通过MATLAB_R2015b软件建立数学模型,对太阳影子变化进行了系统的分析和研究,实现了输入一段时间内影子长度和对应的时刻,就能准确输出拍摄该视频的具体日期和准确地理位置的功能。

并联式太阳跟踪机构设计与尺寸优化

为实现聚光光伏系统的高效跟踪作业,课题组提出了一种可用于太阳跟踪,且具有刚度高、解耦性好及结构简单特点的2-DOF U-RRU-RUS并联机构。首先,运用螺旋理论对并联机构的自由度进行了验证;其次,根据并联机构的几何约束条件构建了运动学逆解模型,并通过对速度雅克比矩阵进行分析可知该机构为解耦机构;然后,基于太阳方向角与机构欧拉角的映射关系,采用数值离散搜索法得到了并联机构的工作空间,并提出了一种工作空间评价指标;最后,基于聚光光伏系统对并联跟踪机构的性能要求,以机构的灵巧度和工作空间指标为尺寸优化的目标,采用遗传算法对主动杆、从动杆和动平台的尺寸进行多目标优化。结果表明优化后并联机构的灵巧度和工作空间都有所提升。虽然优化后并联机构的工作空间在高度角为0°~30°的区域并未完全覆盖太阳轨迹区域,但未覆盖的面积集中在一天中辐照度较低的区域。

槽式太阳能光热供暖系统的设计及应用

为了充分利用太阳能资源进行集中供暖,设计槽式太阳能光热供暖系统。根据太阳轨迹算法,基于自主可编程逻辑控制器(PLC),通过自定义嵌入式编程实现高精度太阳位置算法的工程应用;提出集热槽对太阳位置自动跟踪策略,设计考虑多模块切换与边界条件的间歇控制策略驱动直流电机旋转,并配合蜗轮减速器实现多轴同步驱动系统对太阳位置的闭环追踪控制;充分考虑外界环境条件,设计了保护策略。结果显示:槽式太阳能光热供暖系统运行稳定、操作简单、维护方便,在清洁能源的分布式供暖领域具推广价值。

太阳同步回归轨道的轨道面外运动及在轨数据分析

针对近地太阳同步回归轨道的轨道面外运动,基于在轨遥测数据分析了轨道倾角和降交点地方时的运动变化规律。日月三体摄动对轨道倾角产生了长周期和短周期的运动,基于数据驱动方法进行了不同周期运动的辨识与分解,并与经典的解析解进行了比对。解析解反映的倾角半月周期运动与在轨数据基本一致,可以作为倾角半月周期运动的预报依据。基于轨道面外运动特征,分析了自主轨迹保持任务中虚拟编队构形参数与轨道面外参数的相关性。在精确回归轨道保持时充分考虑了轨道面外运动的特征,降低了自主轨道面外控制的频次。研究结果可以作为轨道面外运动轨迹优化的基础。

基于自动追光系统的太阳能非机动车智能停车装置设计

非机动车出行在国内大多城市所占比例较高,特别是校园出行,非机动车为主要交通工具。随着出行需求的不断增加,校内的非机动车数量激增,各种矛盾也逐渐显现。为优化校内非机动车停车空间、助力绿色出行、促进校园交通安全发展,文中以南京林业大学新庄校区为例,开展非机动车停放情况实地调查,针对校内自行车乱停乱放、占用公共设施区域造成的“出入难”“管理难”等问题,设计出一款绿色环保、多量存储、存取快捷且防盗的非机动车停车装置,并在数据分析的基础上,规划出该停车装置在校内的布局。该装置同样适用于城市的非机动车停车和充电等服务。

单侧大帆板卫星对日姿态轨迹优化及跟踪控制

为了减小单侧大帆板卫星长时间对日巡航模式下气动力矩和引力梯度力矩所造成的三轴角动量积累,对该卫星进行对日姿态轨迹优化及跟踪控制研究.建立单侧大帆板卫星的动力学模型和运动学模型;利用高斯伪谱法得到使三轴角动量积累最小的期望姿态轨迹;为使卫星在惯量矩阵不确定和未知干扰力矩的影响下能够跟踪期望姿态轨迹,设计了自适应滑模控制律.该控制律利用自适应律对控制增益进行调节,无需事先确定系统不确定性的上界.仿真结果表明:所设计的控制律能够实现卫星的对日姿态跟踪;相比常用的对日基准坐标系,优化得到的姿态轨迹能够明显减少卫星三轴角动量的积累.

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。

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。

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。

追日式草莓立体栽培架改善光温环境提高草莓产量

为解决草莓多层立体栽培中同一栽培架上位层对下位层的遮光问题,将固定式A字型栽培架在添加转动和控制部件后,使其以"追日"的方式运动,实现栽培架行向与太阳光照射方向平行,最大限度地利用直射光。试验测试并比较了3层追日式与固定式栽培架上草莓冠层光环境、根际以及冠层温度环境、草莓产量。结果表明:冬季3个月内(2015年11月8日立冬至2016年2月4日立春),追日式栽培架上、中、下层与固定式相应位置光合有效光量子流密度(photosynthetic photon flux density,PPFD)日累积量平均值相比,东侧分别高28.0%、79.3%、38.6%,西侧分别高30.1%、41.0%、18.2%。追日式栽培架西侧上、中、下层根际达到根系最适生长温度15~20℃的时间分别比固定式相应位置长60、40、120 min;相应地,前者冠层温度2016年1月19日晴天低于5℃的时间分别比后者短130、170、230 min。追日式栽培架东侧和西侧上、中、下草莓单株产量分别高于固定式栽培架相应位置,在试验时间内追日式栽培架的总产量比固定式栽培架高214.8 kg/667 m2。因此,追日式栽培系统可有效地改善冠层光温环境,提高作物产量和效益。

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。

基于经纬度计算的太阳自动跟踪系统

介绍一种基于经纬度计算的太阳跟踪光伏发电控制器的设计与实现。这种新型控制器通过驱动2个直流电机实现光伏电池在水平、竖直2个方向同时自动地跟踪太阳,使其平面时刻与太阳光保持垂直,最大限度地接收太阳光。在实现自动跟踪的过程中,为克服传统光线跟踪带来的动态响应慢、稳态振荡,以及在环境突变条件下出现的跟踪错误等缺点,提出一种基于编码器和经纬度计算的跟踪方法。实验结果表明,这种跟踪技术可以提高光伏电池发电效率30%左右。

黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度变化特征的初步分析

利用“兰州大学半干旱气候与环境观测站”2006年8月至2007年4月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料，分析了黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征。结果表明，黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系；在可见光和近红外波段，随着波长的增大，气溶胶光学厚度是减小的；黄土高原半干旱地区AOD日变化类型主要有单峰型、稳定型、上升型3种。逐日变化特征显示，降水对气溶胶粒子具有明显的湿清除作用，霾的出现导致AOD明显增大；AOD日均值主要集中在0．140．4之间，日极大值在08～11时（北京时，下同）出现的频率最多，H极小值在12～13时、14～17时出现的频率最多。气象条件对AOD有明显的影响，在南风情况下AOD大，东风情况下AOD小，霾与晴天相比，AOD明显增大；对同一波段，风向差别引起的AOD的差异较晴天与霾相比引起的AOD的差异要小。

基于ARM920T的太阳能电池板自动追光系统

为了提高太阳能电池板的工作效率,设计了一种基于ARM920T平台的太阳能电池板自动追光系统。系统以ARM920T内核S3C2440处理器为控制器,根据二维光位置敏感探测器PSD的电流输出量确定电池板绕竖直轴和水平轴转动的方向和角度,进而由2个步进电机驱动双轴跟踪系统,以达到自动追光的目的。经测试表明,该系统运行稳定、可靠,具有良好的应用前景。

跟踪太阳反射聚能自然加速试验光热强化效应和相关性研究

分析了跟踪太阳反射聚能自然加速试验装置的光和热强化效应,以三种不同配方的丙烯酸涂料为试验对象,在江津地区湿热环境下开展跟踪太阳反射聚能自然加速试验与朝南45°角自然暴露试验,从模拟性和加速性两方面研究两种试验方法的相关性,获得模拟性好,在江津地区高日辐射季节加速倍率达到3倍的结论。