CN106444869A - 碟式太阳能跟踪控制系统 - Google Patents

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郑健
吴昊
朱正林
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Nanjing Institute of Technology
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device
    • G05D3/203—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device using fine or coarse devices

Abstract

本发明提供一种碟式太阳能跟踪控制系统，包括可编程控制器、光电传感器、温度传感器、风速传感器、驱动器一、驱动器二、步进电机一、步进电机二、双轴跟踪装置和聚光碟，双轴跟踪装置包括高度角运动装置和方位角运动装置，光电传感器通过光电检测电路连接可编程控制器，温度传感器、风速传感器分别连接可编程控制器，可编程控制器通过驱动器一连接步进电机一，可编程控制器通过驱动器二连接步进电机二，步进电机一的输出轴连接有用于调节聚光碟高度角的高度角运动装置，步进电机二的输出轴连接有用于调节聚光碟方位角的方位角运动装置。该系统抗干扰能力强，增加温度传感器、风速传感器，使得聚光碟的调整能够安全可靠，采能效率得到大幅提高。

Description

碟式太阳能跟踪控制系统
技术领域
本发明涉及一种碟式太阳能跟踪控制系统。
背景技术
太阳能热发电装置跟踪控制系统是太阳能热发电系统的重要组成部分，良好
的跟踪控制性能是保证太阳能发电效率的关键之一。聚光碟需要解决的一个问题是保持对阳光入射的垂直，这需要通过跟踪控制器来调整聚光碟的方位来达成。但是目前的太阳能聚光碟跟踪控制系统都是采用单片机控制，抗干扰能力差，而且传统太阳能聚光碟跟踪控制系统的时钟跟踪方式随着时间的推移，存在累积误差，影响到聚光碟跟踪的效果，进而影响聚光系统的太阳能利用效率。
上述问题是在太阳能热发电过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种碟式太阳能跟踪控制系统解决现有技术中存在的传统的太阳能聚光碟跟踪控制系统抗干扰能力差，随着时间的推移，存在累积误差，影响到聚光碟跟踪的效果，进而影响聚光系统的太阳能利用效率的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种碟式太阳能跟踪控制系统，包括可编程控制器、光电传感器、温度传感器、风速传感器、驱动器一、驱动器二、步进电机一、步进电机二、双轴跟踪装置和聚光碟，双轴跟踪装置包括高度角运动装置和方位角运动装置，光电传感器、温度传感器、风速传感器均设于聚光碟上，光电传感器通过光电检测电路连接可编程控制器，温度传感器、风速传感器分别连接可编程控制器，可编程控制器通过驱动器一连接步进电机一，可编程控制器通过驱动器二连接步进电机二，步进电机一的输出轴连接有用于调节聚光碟高度角的高度角运动装置，步进电机二的输出轴连接有用于调节聚光碟方位角的方位角运动装置。
进一步地，光电传感器包括两个用于测量方位角和/或光强的光电传感器一、两个用于测量高度角和/或光强的光电传感器二，光电传感器一与光电传感器二环绕不透明柱交替间隔设置，相邻的光电传感器一与光电传感器二间设有不透明隔板。
进一步地，可编程控制器采用S7-200系列的可编程控制器。
进一步地，该碟式太阳能跟踪控制系统采用视日轨迹跟踪与光电跟踪相结合的混合跟踪方法，具体为：
在运行时间段内，光电传感器获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给光电检测电路，检测信号采用光照强度与光照强度阈值的差值作为判断依据；
光电检测电路将光电传感器所得检测信号进行比较处理后，发送给可编程控制器；
可编程控制器依据获得光电检测电路的光强，在光强大于设定值时，进行光电跟踪；否则，进行视日轨迹跟踪；
在运行时间段结束后聚光碟回到终止位置。
进一步地，在温度传感器所得温度不大于设定值或风速不小于设定值时且处于运行时间段内时，聚光碟自动回到安全位置。
进一步地，在运行时间段内光电传感器、温度传感器和风速传感器间隔设定时间将检测信息发送给可编程控制器。
本发明的有益效果是：该种碟式太阳能跟踪控制系统，采用PLC作为控制核心，抗干扰能力强，增加额外的传感器模块，使得聚光碟的调整能够安全可靠，采能效率得到大幅提高。该种碟式太阳能跟踪控制系统，响应速度快，使用寿命长，使用后的偏差易于修正，结构简单，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度得到提高。
附图说明
图1是本发明实施例碟式太阳能跟踪控制系统的说明框图；
图2是实施例中光电传感器的结构示意图。
图3是实施例中系统采用视日轨迹跟踪与光电跟踪相结合的混合跟踪方法流程图示意。
其中：1-跟踪光敏传感器一，2-跟踪光敏传感器二，3-不透明隔板，4-不透明柱，5-安装底座。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种碟式太阳能跟踪控制系统，如图1，包括可编程控制器、光电传感器、温度传感器、风速传感器、驱动器一、驱动器二、步进电机一、步进电机二、双轴跟踪装置和聚光碟，双轴跟踪装置包括高度角运动装置和方位角运动装置，光电传感器、温度传感器、风速传感器均设于聚光碟上，光电传感器通过光电检测电路连接可编程控制器，温度传感器、风速传感器分别连接可编程控制器，可编程控制器通过驱动器一连接步进电机一，可编程控制器通过驱动器二连接步进电机二，步进电机一的输出轴连接有用于调节聚光碟高度角的高度角运动装置，步进电机二的输出轴连接有用于调节聚光碟方位角的方位角运动装置。
该种基于PLC的碟式太阳能跟踪控制系统采用S7-200系列的PLC控制器，抗干扰能力强，响应速度快，使用寿命长，使用后的偏差易于修正，结构简单，解决了传统跟踪存在累积误差的问题，跟踪精度得到提高，增加额外的传感器模块，使得聚光碟的调整能够快速响应，采能效率得到大幅提高。
实施例系统增加温度传感器、风速传感器。系统运行存在必要的能量消耗，为了保证系统运行吸收的能量大于消耗的能量，温度传感器根据设定值，决定系统是否运行。风速传感器保证系统在安全的风速条件下工作，当外界值大于设定值时，系统自动回到安全位置。
光电传感器采用用于检测天空光线的变化的光敏电阻，如图2，光电传感器包括两个用于测量方位角和/或光强的跟踪光敏传感器一1、两个用于测量高度角和/或光强的跟踪光敏传感器二2，跟踪光敏传感器一1与跟踪光敏传感器二2环绕不透明柱4交替间隔设置。相邻的跟踪光敏传感器一1与跟踪光敏传感器二2间设有不透明隔板3，都安装在底座5上，能够减少干扰，使得探测器的稳定性得到提高。4个光电传感器均匀分布在东南西北 4个方位处，接收来自不同角度的入射光。当东西方位或南北方位的两个光敏电阻感受到的光强差值小于某个限定值时，可编程控制器不发出让步进电机一、步进电机二动作的信号；当光强差值超过一定范围时，可编程控制器发出信号控制步进电机一、步进电机二转动。
双轴跟踪装置有高度角运动装置和方位角运动装置。步进电机一、步进电机二接收控制器的输出脉冲，根据输出脉冲的个数和脉冲频率来决定步进电机一、步进电机二应转动的角度 以及步进电机一、步进电机二的转速，从而通过步进电机一、步进电机二来驱动双轴跟踪装置调节太阳能聚光碟在方位角方向的偏差和高度角方向的偏差，使太阳能聚光碟始终与太阳光线垂直。
该碟式太阳能跟踪控制系统采用视日轨迹跟踪与光电跟踪相结合的混合跟踪方法，解决了视日轨迹跟踪存在累积误差的问题，如图3，基于PLC的碟式太阳能跟踪控制程序流程图。到达系统开启时间T时，根据要求，PLC初始化，聚光碟到达初始位置。接着进行检查工作，温度、风速传感器检查外界条件是否满足要求，如满足，跟踪系统运行。随后，光电传感器检测外界光照光强，从而选择跟踪方式；系统运行中，传感器检测元件（温度、风速传感器和光电传感器）要对外界环境进行检查，每隔5min将外界信息反馈到控制器中，使得系统安全稳定运行。
实施例系统采用视日轨迹跟踪与光电跟踪相结合的混合跟踪方法，具体为：
系统开始后进行初始化，并判断当前时间是否处在运行时间段内，如在运行时间段内，继续判断温度是否大于设定值且风速是否小于设定值，如是，则在光强大于设定值时，进行光电跟踪；否则，进行视日轨迹跟踪；
在温度传感器所得温度不大于设定值或风速不小于设定值时且处于运行时间段内时，聚光碟自动回到安全位置。
在运行时间段结束后聚光碟回到终止位置。
在运行时间段内光电传感器、温度传感器和风速传感器间隔设定时间如5min将检测信息发送给可编程控制器。
实施例系统进行光强检测具体为：
光电传感器获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给光电检测电路，检测信号采用光照强度与光照强度阈值的差值作为判断依据；
光电检测电路将光电传感器所得检测信号进行比较处理后，发送给可编程控制器；
可编程控制器依据获得光电检测电路的光强，判断光强是否大于设定值，在光强大于设定值时，进行光电跟踪；否则，进行视日轨迹跟踪。视日轨迹跟踪是根据太阳运行的轨迹计算某一时刻的太阳高度角和方位角，编写相关的计算程序，实现对日的初步跟踪。
实施例的系统采用全天候自动混合跟踪方法，利用光站强度与光照强度阈值的差值作为判断，不仅消除程序跟踪造成的累积误差，而且避免了光电传感器在阴天或多云时无法工作的问题。增加温度、风速传感器，保证系统在任何天气下稳定工作。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种碟式太阳能跟踪控制系统，其特征在于：包括可编程控制器、光电传感器、温度传感器、风速传感器、驱动器一、驱动器二、步进电机一、步进电机二、双轴跟踪装置和聚光碟，双轴跟踪装置包括高度角运动装置和方位角运动装置，光电传感器、温度传感器、风速传感器均设于聚光碟上，光电传感器通过光电检测电路连接可编程控制器，温度传感器、风速传感器分别连接可编程控制器，可编程控制器通过驱动器一连接步进电机一，可编程控制器通过驱动器二连接步进电机二，步进电机一的输出轴连接有用于调节聚光碟高度角的高度角运动装置，步进电机二的输出轴连接有用于调节聚光碟方位角的方位角运动装置。
2.如权利要求1所述的碟式太阳能跟踪控制系统，其特征在于：光电传感器包括两个用于测量方位角和/或光强的光电传感器一、两个用于测量高度角和/或光强的光电传感器二，光电传感器一与光电传感器二环绕不透明柱交替间隔设置，相邻的光电传感器一与光电传感器二间设有不透明隔板。
3.如权利要求1所述的碟式太阳能跟踪控制系统，其特征在于：可编程控制器采用S7-200系列的可编程控制器。
4.如权利要求1-3任一项所述的碟式太阳能跟踪控制系统，其特征在于：该碟式太阳能跟踪控制系统采用视日轨迹跟踪与光电跟踪相结合的混合跟踪方法，具体为：
在运行时间段内，光电传感器获得光强、方位角和高度角检测信号，并将所得检测信号发送给光电检测电路，检测信号采用光照强度与光照强度阈值的差值作为判断依据；
光电检测电路将光电传感器所得检测信号进行比较处理后，发送给可编程控制器；
可编程控制器依据获得光电检测电路的光强，在光强大于设定值时，进行光电跟踪；否则，进行视日轨迹跟踪；
在运行时间段结束后聚光碟回到终止位置。
5.如权利要求4所述的碟式太阳能跟踪控制系统，其特征在于：在温度传感器所得温度不大于设定值或风速不小于设定值时且处于运行时间段内时，聚光碟自动回到安全位置。
6.如权利要求4所述的碟式太阳能跟踪控制系统，其特征在于：在运行时间段内光电传感器、温度传感器和风速传感器间隔设定时间将检测信息发送给可编程控制器。
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