塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计

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1、万方数据塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计耿其东1，朱天宇2，陈飞21．盐城工学院机械工程学院，江苏盐城2240512．河海大学机电工程学院，江苏常州213022；[摘要]在塔式太阳能热发电中。应用全新的跟踪聚光理论一～陈氏跟踪方法Ⅲ。以PICl6F877i；单片机为控制核心，设计了闭环控制的定日镜跟踪系统。与传统的跟踪方式相比，自旋l：+仰角跟踪方式使得定日镜的像差小，可实现在任何气候条件下对目的稳定可靠跟踪。i；[关键词]塔式；太阳能；热发电；跟踪；定目镜；单片机；闭环控制l；[中图分类号]TM615；[文献标识码]Al；[文章编号]1002—3364(2009)02—0081—

2、03l塔式太阳能热发电是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光反射到固定在塔顶部的接收器上，产生高温并加热工质产生过热蒸汽，推动汽轮发电机组发电，从而将太阳能转化为电能。定日镜在电站中不仅数量最多、占地最大，而且投资最大。定El镜的跟踪效果严重影响着太阳能的利用效率。研究表明，对El跟踪与不跟踪，能量的接收率相·差37．7％心]。精确地跟踪太阳可使接收器的热效率大大提高，进而提高了整个装置的太阳能利用率。1定日镜跟踪系统1．I跟踪方式传统跟踪方式主要是方位角+仰角的跟踪方式，即为定El镜运行时通过转动基座来调整定El镜的方位，同时调整镜面仰角。理论上，此方式可以完全实现对El跟踪，但是其存

3、在像差相当大、聚光效果欠佳的固有缺陷⋯。自旋+仰角的跟踪方式采用镜面自旋同时调整镜面仰角实现定El镜的对El跟踪。这是由新的聚收稿日期：作者简介：E—mail：光跟踪理论推导出的一种跟踪方法。也被称为陈氏跟踪方法。与传统的跟踪方式相比，采用自旋+仰角跟踪方式整个系统的象差小，从而提高了太阳的聚光效率。1．2控制方式及控制系统定日镜控制系统控制定日镜在不同时刻使太阳光线全部反射到同一个位置，从而达到定点投射的目的。目前，定日镜控制主要采用程序控制或传感器控制，这2种控制方式都属于开环控制。程序控制方式是通过计算太阳运动规律来控制跟踪机构的运动，其存在累积误差的缺陷；传感器控制方式是由传感器

4、实时测出入射太阳光线的方向，以此控制跟踪机构的运动，其存在多云条件下难以找到反射镜面准确定位方向的缺陷。以程序控制为主，采用传感器实时监测作为反馈的控制方式是一种闭环控制方式，这种控制方式对程序进行了累积误差修正．使之在任何气候条件下都能够得到稳定而可靠的跟踪控制，其控制功能为：计算机根据GPS提供的定位和授时计算出太阳的准确方位，并通过网络将该计算结果输送给现场的每一个单片2008一06一04耿其东(1979一)。毕业1二南京航空航天大学机电学院，现为江苏省盐城工学院机械工程学院助教，河海大学机电学院在职研究生，研读方向为太阳能热发电。kengqidong@l63．corn●蛋^∞“j

5、∞Ⅺ一主甚歹～{发电技术论坛一热力发电．二oo九万方数据发电技术论坛葱力第发誓号姜O磊o。、九机，步进电机根据单片机的指令进行相应动作；系统运行中，测试装置可能出现误差，导致系统的位置反馈量出现累积误差。当传感器发现这一误差时，将误差量提供给单片机，单片机根据误差进行调整。定日镜跟踪系统如图l所示。2硬件设计圈1定日镜跟踪系统2．1硬件结构美国MICROCHIP公司生产的PIC系列单片机是目前全球应用最为广泛的单片机。PIC系列单片机指令单字节化，单周期化，具有哈佛总线结构与哈佛体系结构精简指令集(中档系列单片机只有33条指令)，寻址方式简单，运行速度快，功耗低，驱动能力强，寻址范围大，

6、外围电路简单，开发方便，其硬件结构如图2所示。串几电路太阳光检测电路供电电路歼关豉输入电路模拟鲢输入电路自动跟踪控制定位JF关检测指尔灯时钟电路图2PIc系列单片机硬件结构串行口电路采用RS一485接口组成的半双工网络，与计算机实现双向通信。计算机根据陈氏跟踪理论计算出自旋角和仰角。通过串行口传输给PIC系列单片机。2．2太阳光跟踪与定位图3是太阳光检测电路，由光敏电阻作为传感器检测太阳光线变化，由此组成惠斯顿电桥，用于控制步进电机的跟踪和停止。CDS为暗电阻(100ktl)，光电阻为(5～10)kfl。为了保证电源转换精度，在电源输入端装有一个0．01／aF的电容。将CDS所在桥臂的滑

7、动变阻器电阻调至100k0(光敏电阻的暗电阻为100kQ)且CDS的电阻为100kQ时，桥臂两端的电压差为0。在步进电机朝向东方的初始位置，装有一个精密定位开关，当单片机检测到的电压差为0时，如果定位开关为闭合(on)状态，说明此时由黑夜变为白天，定日镜开始自动跟踪太阳；如果定位开关为打开状态(off)，说明此时由白天变为黑夜，步进电机会自动复位到定位开关处。当桥臂两端的电压差不为0时，如果定位开关为on状态，说明此时处于黑夜，步进