太阳能追日跟踪系统开题报告(3)
太阳在天球上的位置可由太阳高度角α和太阳方位角γ确定。太阳高度角α又称为太阳高度或太阳俯仰角， 是指太阳光线与地表水平面之间的夹角( )， 可由下式计算得出:
式中: 各角度单位均为度(°)。其中， ν为当地纬度角；δ为太阳赤纬角， 春分和秋分时δ= 0°， 夏至时δ= 23.5°，冬至时δ= - 23.5°；ω为时角， 是用角度表示的时间；n为1年中的日期序号，从1月1日开始，n = 1，每往后加一天，即n= n+ 1。
太阳方位角γ是指太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角， 即:
式( 1) ~ ( 3)中的赤纬角δ和时角ω的计算需要通过时间确定。由于太阳在一年中的时角运动很复杂， 日常生活中的钟表时间采用平均太阳时(简称平太阳时， )， 即太阳沿着周年运动的平均速率。真太阳时(即太阳时， )与平太阳时之差即称为时差， 在工程计算中就会存在时差问题。因此， 必须采用真太阳时， 以达到实际计算中的精度要求。为了得到准确的真太阳时， 可以根据定时标准来校正时差值， 我国区域的时差e确定如下:
式中: longitude为光伏发电地点的地理经度， 中国地区的北京标准时间的经度为120°； t为北京时间。因为地球每24 h自转1圈， 所以每15°为1 h； 且正午时， 时角ω= 0° ， 上午时ω> 0°， 下午时ω< 0° ， 则ω可由下式计算得到， 即:
ω= 15( 12- ) (7)
当太阳在正南方向时， 式(3)中的方位角γ = 0°；正南以西时，γ > 0°； 正南以东时，γ< 0°。为有效跟踪太阳的位置， 除了要计算出太阳的实时位置外， 还需要知道具体某天的日出时角ω1和日落时角ω2。由于日出日落时， 太阳高度角α = 0° ， 因此， 由式( 1)可计算出:
ω= arcos(-tanνtanδ) (8)
且根据时角ω(上午时ω>0°，下午时ω<0°)，得到日出时角的表达式为：
ω1= arcos(-tanνtanδ) (9)
ω2= arcos(-tanνtanδ) (10)
计算出日出时角和日落时角后， 由式(7)可得出日出时间 和日落时间 ， 即:
（2）光电跟踪
传统的光电跟踪是采用一级传感器跟踪方式，这种跟踪系统，原则上由三大部件组成:位置检测器、控制组件、跟踪头。其跟踪系统框图如图2-5所示。位置检测器主要由性能经过挑选的光敏传感器组成，如四象限光电池、光敏电阻等。控制组件主要接受从位置检测器来的微弱信号，经放大后送到跟踪头，跟踪头实为跟踪装置的执行元件。
图2-5跟踪系统框图
2.1.3 系统跟踪方案的选择
由上述可以看出，第一类视日运动轨迹跟踪方式的算法过程十分复杂，其计算量的增大会增加控制系统的成本，而且这种跟踪装置为开环系统，无角度反馈值做比较， 因而为了达到高精度跟踪的要求， 不仅对机械结构的加工水平有较严格的要求， 而且与仪器是否正确安装的关系极为密切， 该种方式在国内应用很少。第二类视日运动轨迹跟踪方式应用较多，但跟踪精度不高。成本较低而跟踪精度相对较高的是光电式跟踪，如果将视日运动轨迹跟踪与光电跟踪两者结合，各取其长处，可以获得较满意的跟踪结果。开环的程序跟踪存在许多局限性，主要是在开始运行前需要精确定位，出现误差后不能自动调整等。因此使用程序跟踪方法时，需要定期的人为调整跟踪装置的方向。而传感器跟踪也存在响应慢、精度差、稳定性差、某些情况下出现错误跟踪等缺点。特别是多云天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运行，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。故可在视日运动轨迹跟踪的基础上加高精度角度传感器。当跟踪装置开始运行时，用高精度角度传感器初始定位，在运行当中，以闭环控制为主，程序控制为辅，角度传感器瞬时测量作反馈，对程序进行累积误差修正。这样能在任何气候条件下使聚光器得到稳定而可靠的跟踪控制。这种跟踪方案跟踪精度高，工作过程稳定，应用于目前许多大型太阳能发电装置。
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