一种太阳能复合跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种太阳能复合跟踪方法，太阳能跟踪控制系统包括聚光器和控制驱动装置，其特征在于，所述的复合跟踪方法包括以下步骤：聚光器获取当前光照强度；判断光照强度是否大于设定的强度阈值，若是，则采用光电跟踪方法进行太阳方位追踪；若否，则采用改进的视日运动轨迹跟踪方法进行太阳方位追踪。与现有技术相比，本发明专利技术采用光电跟踪方法和改进的视日运动轨迹跟踪方法的复合太阳能跟踪方法，可以根据天气和光照情况切换具体的追踪方式，能够克服光电跟踪方法的不稳定性，实现太阳跟踪控制系统对太阳位置的全天候、高精度、智能化跟踪。

A solar hybrid tracking method

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能复合跟踪方法
本专利技术涉及太阳能
，尤其是涉及一种太阳能复合跟踪方法。
技术介绍
随着分布式能源渗透率的逐渐增加，太阳能发电装置的工作效率越来越受到人们的关注。目前太阳能跟踪控制系统中聚光器的主要跟踪方法有视日运动轨迹跟踪方法和光电跟踪方法。在光电跟踪方法中，首先利用光敏电阻、光敏二极管、光电池等光敏元件产生聚光器位置偏差信号，位置偏差信号容易受到光照、天气、温度等环境因素影响，太阳跟踪控制系统的工作稳定性受到威胁。在视日运动轨迹跟踪方法中，要求太阳跟踪控制系统连续、不间断运行以实现对太阳的实时跟踪。但太阳运行轨迹数据表明，太阳运行速度十分缓慢且无线性关系，最大移动速度约为2°/min，最小移动速度约为0.1°/min。若使太阳跟踪控制系统实时按照太阳移动速度缓慢运行，不但増大了太阳跟踪控制系统的控制难度，而且加大了太阳跟踪控制系统的能源损耗。因此，目前太阳跟踪控制系统在启动视日运动轨迹跟踪时多采用间歇方式，即聚光器每隔一段时间进行一次太阳位置的快速跟踪，其余时间聚光器轴不需转动，太阳跟踪控制系统驱动机构处于等待状态，直到人为设定的等待时间结束，太阳跟踪控制系统才进行下一次快速跟踪。但是，间歇跟踪方式虽然简化了控制算法，在减少驱动机构的运行次数和驱动成本的同时，也降低了跟踪精度和太阳光利用效率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种太阳能复合跟踪方法，提高了太阳能跟踪控制系统中聚光器的能量接受率。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种太阳能复合跟踪方法，太阳能跟踪控制系统包括聚光器和控制驱动装置，所述的复合跟踪方法包括以下步骤：S1、聚光器获取当前光照强度；S2、判断光照强度是否大于设定的强度阈值，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4；S3、采用光电跟踪方法进行太阳方位追踪；S4、采用改进的视日运动轨迹跟踪方法进行太阳方位追踪。进一步地，改进的视日运动轨迹跟踪方法具体包括：S41、根据太阳跟踪控制系统所在不同时刻的纬度角、太阳赤纬角和太阳时角的历史数据计算出太阳在所在地不同时刻的理论位置，即太阳运行轨迹；S42、在太阳的运行轨迹中，根据太阳的高度角α和方位角γ计算出太阳光与水平线的夹角ω，选取ω＝0°、30°、60°、90°，分别记录在这些角度时太阳所在的位置对应一天中的时刻tn，n＝1、2、3、4；S43、当到达tn时刻时，判断当前夹角ω的数值是否大于tn时刻太阳的运行轨迹中的理论夹角数值，若是，则控制驱动装置驱动聚光器进行位置调整，其调整后的位置对应tn+1时刻太阳所对应位置。进一步地，还包括：S44、对位置调整后的聚光器进行检测：判断聚光器实际转动的角度θ2和30°的差值Δθ是否大于设定的范围，若是，则聚光器沿反方向转动Δθ后停止转动；若否，则聚光器停止转动。进一步地，设计聚光器接收光能函数，通过接收光能函数找到聚光器收光能最大时对应的法线平面与太阳光线的夹角，将其编入控制驱动装置的旋转程序中，对聚光器的在旋转过程中的速度和方向进行控制。进一步地，所述的聚光器接收光能函数的表达式为：F＝Pcosψ+P0式中，P为聚光器接收到的太阳直射光线的能量；P0为聚光器接收到的太阳散射光线的能量；ψ为与等待时间有关的太阳光线与聚光器所在平面法线的夹角。进一步地，太阳运行轨迹的获取方式具体包括：对赤道坐标系统和地平坐标系统进行坐标转换，根据太阳在赤道坐标系统中的参数确定地平坐标系统中太阳高度角和太阳方位角的数值；其中，地平坐标系XYZ-O的X轴指向天顶方向，Y轴指向正南方向，Z轴指向正东方向；赤道坐标系xyz-o的x轴垂直于赤道平面指向地球北极，y轴自地心指向太阳跟踪控制系统所在地经线圈与赤道的交点，z轴在地球赤道平面内。进一步地，地平坐标系与赤道坐标系的转换关系表达式为：式中，i、j、k分别为x、y、z轴方向上的单位矢量；I、J、K分别表示X轴、Y轴、Z轴上的单位方向矢量；为太阳跟踪控制系统所在地的纬度角。进一步地，所述的太阳高度角和太阳方位角的计算表达式为：式中，α表示太阳高度角，γ表示太阳方位角，为太阳跟踪控制系统所在地的纬度角，δ为太阳跟踪控制系统所在地的太阳赤纬角，ω为太阳跟踪控制系统所在地的太阳时角。进一步地，所述的控制驱动装置采用双轴控制系统。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提出了采用光电跟踪方法和改进的视日运动轨迹跟踪方法的复合太阳能跟踪方法，可以根据天气和光照情况切换具体的追踪方式，能够克服光电跟踪方法的不稳定性，实现太阳跟踪控制系统对太阳位置的全天候、高精度、智能化跟踪。2、本专利技术通过对太阳运行轨迹的精确预测，提出了改进的视日运动轨迹跟踪方法，使得聚光器能够实现超前间歇视日运动轨迹跟踪，有效地提高了太阳能的接收效率。3、本专利技术设计了聚光器接收光能函数，从而找到聚光器接收光能最大时对应的法线平面与太阳光线的夹角，并编入聚光器旋转程序中，使得聚光器在改变位置的过程中接收到更多的太阳光能，提高太阳能热发电装置的发电效率。4、本专利技术通过对赤道坐标系统和地平坐标系统进行坐标转换，获取精确的太阳运行轨迹，便于太阳能跟踪控制系统中复合跟踪方法的正确运行。附图说明图1为改进的视日运动轨迹跟踪方法的流程示意图。图2为改进的视日运动轨迹跟踪方法的坐标示意图。图3为太阳位置空间几何模型示意图。图4为地平坐标系与赤道坐标系转换示意图。图5为改进的视日运动轨迹跟踪方法的高度角运动轨迹曲线示意图。图6为改进的视日运动轨迹跟踪方法的方位角运动轨迹曲线示意图。图7聚光器接收能量余弦效应示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例提供了一种太阳能复合跟踪方法。太阳能跟踪控制系统包括聚光器和控制驱动装置。本实施例针对现有太阳能跟踪控制系统间歇跟踪方法下跟踪精度低、太阳光转化效率低的问题，提出采用超前间歇视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合的复合跟踪方式，联合双轴驱动结构的控制驱动装置，可以自动切换视日运动轨迹跟踪和光电跟踪，从而控制聚光器旋转到指定位置实现对太阳的高精度跟踪，进而使发电系统获得更多光能。本实施例的具体步骤包括：步骤S1、聚光器获取当前光照强度。步骤S2、判断光照强度是否大于设定的强度阈值，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4。步骤S3、采用光电跟踪方法进行太阳方位追踪。步骤S4、采用改进的视日运动轨迹跟踪方法进行太阳方位追踪。本实施例中步骤S3中的光电跟踪方法采用已知的现有技术，因此不再赘述。本实施例中步骤S4中，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能复合跟踪方法，太阳能跟踪控制系统包括聚光器和控制驱动装置，其特征在于，所述的复合跟踪方法包括以下步骤：/nS1、聚光器获取当前光照强度；/nS2、判断光照强度是否大于设定的强度阈值，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4；/nS3、采用光电跟踪方法进行太阳方位追踪；/nS4、采用改进的视日运动轨迹跟踪方法进行太阳方位追踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能复合跟踪方法，太阳能跟踪控制系统包括聚光器和控制驱动装置，其特征在于，所述的复合跟踪方法包括以下步骤：
S1、聚光器获取当前光照强度；
S2、判断光照强度是否大于设定的强度阈值，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S4；
S3、采用光电跟踪方法进行太阳方位追踪；
S4、采用改进的视日运动轨迹跟踪方法进行太阳方位追踪。


2.根据权利要求1所述的一种太阳能复合跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S4中，改进的视日运动轨迹跟踪方法具体包括：
S41、根据太阳跟踪控制系统所在不同时刻的纬度角、太阳赤纬角和太阳时角的历史数据计算出太阳在所在地不同时刻的理论位置，即太阳运行轨迹；
S42、在太阳的运行轨迹中，根据太阳的高度角α和方位角γ计算出太阳光与水平线的夹角ω，选取ω＝0°、30°、60°、90°，分别记录在这些角度时太阳所在的位置对应一天中的时刻tn，n＝1、2、3、4；
S43、当到达tn时刻时，判断当前夹角ω的数值是否大于tn时刻太阳的运行轨迹中的理论夹角数值，若是，则控制驱动装置驱动聚光器进行位置调整，其调整后的位置对应tn+1时刻太阳所对应位置。


3.根据权利要求2所述的一种太阳能复合跟踪方法，其特征在于，所述的步骤S4中，还包括：
S44、对位置调整后的聚光器进行检测：判断聚光器实际转动的角度θ2和30°的差值Δθ是否大于设定的范围，若是，则聚光器沿反方向转动Δθ后停止转动；若否，则聚光器停止转动。


4.根据权利要求1所述的一种太阳能复合跟踪方法，其特征在于，设计聚光器接收光能函数，通过接收光能函数找到聚光器收光能最大时对应的法线平面与太阳光线的夹角，将其编入控制驱动装置的旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：付晓琳，王鸿，孙霞，程丽宁，李占辉，王扬，王致杰，王海群，刘天羽，陶梦琳，渠省委，张智禹，刘衡，姚斌，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31