视日轨迹太阳跟踪装置控制系统设计-论文.pdf

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1、福建农林大学学报(自然科学版)第43卷第2期JournalofFujianA~eultureandForestryUniversity(NaturalScienceEdition)2014年3月视日轨迹太阳跟踪装置控制系统设计陈仕国,陈学永,林福财,赖定彪(福建农林大学机电工程学院,福建福州350002)摘要:根据天文学上的天球模型,选择地平坐标系法的高度角和方位角来描述太阳位置,并将高度角和方位角的算法程序化,以此作为双轴太阳能跟踪装置的核心算法.采用STC89C52作为控制芯片,利用高精度时钟芯片DS12C887提供

2、时间信息,同时引入风速传感器和压力传感器,使得控制系统能在恶劣条件下可实现自保护和除雪自清洁的功能.最后通过立杆投影法验证太阳能跟踪装置的跟踪效果.关键词:太阳能跟踪;天文算法;高度角;方位角中图分类号:TP23文献标识码:A文章编号:1671-5470(2014)02-0215-05DesignofsolartrackingcontrolsystemCHENShi-guo,CHENXue—yong,LINFu-cai,LAIDing—biao(CollegeofMechanicalandElectronicEngnee

3、fing,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China)Abstract:ElevationangkandazimuthangleinastronomyWasusedtodescribedthesunposition,andtheelevationangleandazi-muthwereprogrammed,whichWastheCOrealgorithminbiaxialsolartrackingsystem.TheICSTC89C52

4、Wasusedasthecontrolchip,andtherealtimeWasprovidedbythehigll-precisiontime/CcalledDS12C887.Meanwhilewindspeed8@ll~orWasappliedtDrealizethefunctionofself-protection.FinallythetrackingperformanceWasverifiedbypoleprojectionmethod.Keywords:solartracking;astronomicalal

5、gorithm;elevationangle;azimuthangle太阳能作为一种绿色能源已广泛应用于人们的日常生活,但太阳能存在低密度、间歇性和空间分布时变性的特点,如何有效地利用太阳能以及提高太阳能的利用效率,一直是人们追求的目标⋯.太阳能跟踪装置是解决这些问题的措施之一.文献[2]表明太阳的双轴跟踪与非跟踪的能量接收率相差41.34%,故精确地跟踪太阳可使接收器的热接收效率大幅度提高.太阳跟踪装置的结构存在单轴式、双轴式和三轴式3种,单轴精度低;三轴结构复杂、性价比低;双轴可满足太阳在任何方位的跟踪,结构紧凑.双

6、轴式太阳能跟踪装置存在方位轴和高度轴2条转轴.方位轴垂直于地平面,跟踪太阳的方位角;高度轴与方位轴垂直,跟踪太阳的高度角.通过高度角和方位角的跟踪实时定位太阳在空中的位置.太阳跟踪装置可分为主动式、被动式和混合式.主动式控制方法是根据天文历法,即以时间为基准计算出当前太阳位置,该控制方法不受天气干扰。被动式控制方法以光照传感器判断当前太阳位置,受制于天气情况,系统难以稳定运行.混合式控制方法是结合上述二者特点,在主动式控制的基础上,利用传感器进行微调校正,但也存在因云层等遮挡而误判方位的问题,控制算法繁琐复杂,稳定性下降

7、.本文开发一种双轴式太阳跟踪装置,该装置具备太阳跟踪功能、大风和下雪工况的调节功能.本研究以单片机为主控芯片,利用高精度时钟芯片DS12C887提供时间信息,通过辅助风速和面板压力检测,使得系统能在各种极端天气下具备最大程度的自保护和自清洁能力,为太阳能的高效利用提供依据.1视日轨迹跟踪算法模型天文学上利用天球(图1)描述太阳在空中的位置,并用地平坐标系确定其具体坐标.地平坐标系以地平圈为基准,用高度角(0。<<90。)和方位角A(一180。

8、,方位角A为太阳直射光线在地平面上的投影线与正南方收稿日期:2013—05一cr7修回日期:2013—07—22作者筒介:陈仕国(1985一),男,助理实验师.研究方向:机械设计及其自动化.Email:chenshiguol00@163.tom·218·福建农林大学学报(自然科学版)第43卷开始轨迹自动工跟踪开始初始

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