传感器检测的主动跟踪原理及太阳能应用.docx

传感器检测的主动跟踪原理及太阳能应用随着全球资源逐渐匮乏与能源需求不断增长之间的矛盾日益凸显，太阳能作为 绿色清洁能源受到越来越多的关注和研究，开发太阳能资源，寻求经济开展的 新动力是整个社会可持续开展的有效途径之一。目前的太阳能利用方式主要有 以下四种：光热利用、太阳能发电、光化利用及光生物利用。我国较成熟的太阳能产品主要集中在太阳能热水系统和太阳能光伏发电系统两 个方面，经过多年的开展，这两项产业已形成较为完整的产业化体系。然而， 在目前大多数的太阳能工程中，仍未最大限度地利用太阳能，未能随着太阳高 度角及方位角的变化，及时变换太阳能电池板或太阳能集热器的旋转角度，一 天中有相当一局部时间未能有效利用太阳能。假设能随着太阳位置的变化不断调 整太阳能电池板或集热器的角度，即对太阳进行跟踪，那么可以很大程度上提高 太阳能的利用率。目前国内外的太阳跟踪器按跟踪原理分为：传感器检测的主动跟踪原理和太阳 位置计算的被动跟踪原理。传感器检测的主动跟踪原理：生出方向硅光 方竹利用硅光电池的光电效应，在太阳能集光板上高度和方位方向各放置两个长方 形的硅光电池板，阳光通过通光筒照射在硅光电池板上。高度方向硅光电池被 分为A、B两个区域，方位方向硅光电池被分为C、D两个区域。通过电压比拟 电路可分别计算出它们之间的电压差。太阳位置计算的被动跟踪原理：太阳在天球上的位置可由太阳高度角和太阳方位角来确定。地球上观测点同太 阳中心连线与地平面的夹角，称为太阳高度角；地球上观测点同太阳中心连线 在地平面上的投影与正南方向之间的夹角，称为太阳方位角。太阳运行轨迹与 太阳高度角&、方位角丫的关系。8为太阳赤位角，3为太阳时角，6为当 地的纬度。对于5和G）这两个参数的精确计算要满足高精度跟踪的需求，并 根据实际情况来不断修正；同时，还需要结合传感器检测的原理加以修正。根 据硬件时钟提供的日历时间计算出太阳的高度角和方位角，进而控制电机转动 方向和角度，由传动机构带动支架转动精确地跟踪太阳。如今，有多种跟踪太阳的方式：时钟式太阳跟踪装置：此装置是一种被动式装置，有单轴和双轴两种类型，系 统根据时间将方位角和仰俯角分为几等份，在固定时间段内通过控制器驱动电 机按固定的角度旋转，进而跟踪太阳。最大功率跟踪装置：本方法以动态平衡追踪太阳能系统的最大功率。本方法特 征是太阳能板与直流/直流升降压转换器间联接一个瞬间功率型超级电容，作 为能量的动态平衡器，将太阳能板产生的电能转换成电容器形态的电能进行最 大功率演算，可大幅度简化演算程序，提升追踪演算的实时性与可靠度，提高 太阳能系统效率。光电式跟踪装置：此类装置使用光电传感器如硅传感器，硅传感器是一种工业 级太阳能传感器，传感器体的紧凑尺寸使它易于集成在任何应用程序中使用它 或者没有安装板。对于全球水平测量应用，传感器可以安装水平位置与标准可 拆卸安装板与精神水平和水平脚。具有防紫外线扩散的单硅探测器在低太阳高 程时也给出了余弦响应角度。由于圆锥的作用，使其在扩散面上的淤积或水沉 积作用最小几何形状。以上每种跟踪方式都可完成对太阳的跟踪，但这些方式都是被动式太阳跟踪方 式，只能被动地接收太阳辐射作为驱动基础。时钟式灵敏度不高，不能高效地 利用太阳能；最大功率和光电跟踪装置灵敏度高，结构设计较为方便，但受天 气的影响很大，如果在较长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，太阳光线往往 不能照到硅光电管上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误 动作。太阳以电磁波的形式向外传递能量，称太阳辐射(solar radiaTIon),是指太 阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。太阳辐射所传递的能量，称太阳辐射能。 太阳辐射强度是表示太阳辐射强弱的物理量，称为太阳辐射强度。单位是W/m2, 即点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。太阳辐射是地球表层能量的主要来源。太阳辐射在大气上界的分布是由地球的 天文位置决定的，称此为天文辐射。由天文辐射决定的气候称为天文气候。天 文气候反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓。太阳辐射随季节变 化呈现有规律的变化，形成了四季。除太阳本身的变化外，天文辐射能量主要 决定于日地距离、太阳高度角和昼长。