槽式太阳能热发电跟踪控制系统的研究

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
新型槽式跟踪太阳能集热器的中高温热利用研究
采用新型导热介质，主要介绍了集热装置的热性能实验方法，并着重对槽式跟踪太阳能集热器集热性能进行了研究及分析，通过对槽式跟踪热管真空管集热器理论值与试验值的比较，结果表明：利用导热油强化传热技术并结合热管技术，使得槽式跟踪太阳能集热器具有较高的集热效率，可产压力2 MPa，温度达200℃以上的饱和蒸汽。

太阳能集热器的研究除了需要理论方面的分析与计算外，更需要通过实
验所反映的真实数据对其综合性能及质量作出客观性的评价，并为太阳能集热装置的进一步改造与完善、太阳能热利用系统的设计与推广提供可靠的参数和实践依据。

抛物面型集热器（目前以槽式与CPC 式为主要研究方向）作为一种技术尚未成熟、各项性能处于探索阶段的新型高效太阳能集热装置，若要进入现实生活中，就必须经过多项试验的审核。

本文采用新型导热介质从热性能方面进行实验研究，对槽式真空管热管集热器的热效率实验将从瞬时效率和一段时间（如一天或一周等）内的平均效率进行分析。

1、热管技术及强化传热技术的应用
太阳能集热器中采用热管真空管后，集热器集热效率高，保温效果好，
适用范围广，寿命长，结构简单，可靠性强。

近年来，将热管技术与真空玻璃技术结合，应用于太阳能集热器，即现在所说的太阳能真空管热管集热器，它具有热损失小、热容量小、热二级性、宽工作范围等优点，为了改善非聚焦型热管式真空管太阳能集热器的太阳能流辐射密度低的不足和满足中高温热源的要求，采用槽式跟踪聚光技术与热管真空管技术相结合。

通过对导热油型槽式单轴跟踪真空管热管太阳能集热器的实验与理论性。

基于槽式太阳能发电跟踪控制系统的研究的开题报告一、研究背景随着全球能源消耗的不断增加，寻求新型、可持续的能源替代方案变得更为迫切。

而太阳能作为最为广泛存在的可再生能源之一，其在未来的能源供应中具有巨大的潜力。

然而太阳能发电的效率和稳定性等问题一直是制约其广泛使用的难点之一。

其中，跟踪太阳光线的技术是提高太阳能发电效率的一项关键技术。

在目前的太阳能跟踪技术中，槽式跟踪系统是一种效率较高的技术方案，其能够追踪太阳光线的轨迹，使太阳能电池板始终保持最佳的朝向和倾角，从而提高太阳能发电的效率和稳定性。

在此基础上，槽式太阳能发电跟踪控制系统的研究将有助于提高太阳能发电的效率和可靠性，为可再生能源的普及和使用提供技术支持。

二、研究目的和意义本研究旨在基于槽式太阳能发电跟踪控制系统，研究太阳能发电跟踪控制的原理、设计方案及实施方法，以提高太阳能发电的效率和可靠性。

具体目的包括：1. 探究槽式太阳能发电跟踪控制系统的原理和优势；2. 分析不同类型的跟踪控制算法及其优化方法；3. 设计和实现基于槽式太阳能发电跟踪控制系统的硬件和软件系统；4. 实验验证该系统在太阳能发电效率和稳定性方面的提升效果。

三、研究内容和方法本研究主要探究槽式太阳能发电跟踪控制系统的设计、实现及优化方法，具体任务包括：1. 系统原理研究：分析槽式太阳能发电跟踪控制系统的工作原理、组成结构和特点。

2. 驱动控制算法研究：综述不同类型的驱动控制算法，探究其优缺点和适用场景，设计优化算法。

3. 硬件系统设计：设计系统的硬件结构和功能模块，包括太阳能电池板、光敏传感器、驱动电机、控制器等。

4. 软件系统设计：设计系统的软件架构和控制方法，包括基于单片机、PLC等的程序开发和控制逻辑实现。

5. 系统实验验证：基于自行搭建的实验平台，开展槽式太阳能发电跟踪控制系统的实验，评估该系统在太阳能发电效率和稳定性方面的提升效果。

四、预期成果本研究预期获得以下成果：1. 探究槽式太阳能发电跟踪控制系统的原理和优势；2. 综述常用的驱动控制算法，设计优化算法；3. 设计和实现基于槽式太阳能发电跟踪控制系统的硬件和软件系统；4. 在自行搭建的实验平台上，验证该系统在太阳能发电效率和稳定性方面的提升效果。

槽式太阳能热发电技术的现状及进展槽式太阳能热发电技术简介槽式太阳能热发电是利用槽式聚光镜将太阳光聚在一条线上，在这条线上安装着一个管状集热器，用来吸收太阳能，并对传热工质进行加热，再借助蒸汽的动力循环来发电。

槽式聚光器的抛物面对太阳进行的是一维跟踪，聚光比为10~100，温度可以达到400℃。

20世纪80年代中期槽式太阳能热发电技术就已经发展起来了，目前美国加利福尼亚州已经安装了354 MW的槽式聚光热发电站，其工作介质是导热油，换热器可以使导热油产生接近400℃的过热蒸汽来驱动汽轮机发电。

槽式太阳能热发电技术特点槽式太阳能热发电技术最主要的特点是使用了大量的抛物面槽式聚光器来收集太阳辐射能，并把光能直接转化为热能，通过换热器使水变成高温高压的蒸汽，并推动汽轮机来发电。

因为太阳能是不确定的，所以在传热工质中加了一个常规燃料辅助锅炉，以备应急之用。

槽式太阳能热发电的缺点是：（1）虽然这种线性聚焦系统的集光效率由于单轴跟踪有所提高，但很难实现双轴跟踪，致使余弦效应对光的损失每年平均达到30%。

（2）槽式太阳能热发电系统结构庞大，在我国多风、高风沙区域难以立足。

（3）由于线型吸热器的表面全部裸露在受光空间中无法进行绝热处理，尽管设计真空层以减少对流带来的损失，但是其辐射损失仍然随温度的升高而增加。

槽式太阳能热发电技术集热系统结构（一）集热管集热管是槽式太阳能热发电集热系统的一个关键部件，能够将反射镜聚集的太阳直接辐射能转换成热能，温度可达400℃。

目前使用的集热管内层为不锈钢管，外层为玻璃管加两端的金属波纹管。

内管涂覆有选择性吸收涂层，以实现聚集太阳直接辐射的吸收率最大且红外波再辐射最小。

两端的玻璃一金属封接与金属波纹管实现密封连接，提供高温保护，密封内部空间保持真空。

减少气体的对流与传导热损，又加上应用选择性吸收涂层-使真。

基于单片机的小型槽式太阳能集热器跟踪系统的设计
刘培先;孙延乐;林超;张云亭;尹清洋
【期刊名称】《太阳能》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】阐述了太阳能小型槽式集热器自动跟踪系统软硬件的设计过程,解决了小型槽式集热器自动跟踪的问题.采用单片机进行数据采集和过程控制,采用触摸屏进行人机对话,在大幅度降低成本的同时,保证了跟踪系统的精度,对于小型槽式集热器在太阳能中温领域的推广起到了极大的推动作用.
【总页数】4页(P52-55)
【作者】刘培先;孙延乐;林超;张云亭;尹清洋
【作者单位】皇明太阳能股份有限公司;皇明太阳能股份有限公司;皇明太阳能股份有限公司;皇明太阳能股份有限公司;皇明太阳能股份有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.槽式太阳能集热器单轴太阳跟踪系统的设计 [J], 梁云峰;虎恩典;张鹏;曾庆涛
2.小型槽式太阳能集热器优化设计与试验研究 [J], 姚远;陈颖;廉永旺;王显龙
3.基于PLC的槽式抛物面太阳能集热器单轴跟踪系统设计 [J], 鲁砚青;虎恩典
4.基于AVR单片机的槽式太阳能集热器追光控制系统设计 [J], 杨振南;伍绍文
5.基于单片机的抛物槽式太阳跟踪系统设计 [J], 李亚蓉;娄鑫杰;董佳祥
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基于Cortex-M3的槽式太阳能热发电自动追踪系统韩万里;茅大钧;魏骜;吕彬【摘要】设计了一种基于Cortex-M3的槽式太阳能热发电自动追踪系统,该系统将光电追踪和视日轨迹追踪相结合,并增加了阴影躲避反向跟踪算法,实现了对太阳高精度、全方位的追踪,最后通过Forcecontrol软件进行了动态仿真模拟,为该系统以后的商业化运行提供了一定的依据.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】6页(P63-68)【关键词】太阳能热发电;Cortex-M3;槽式;自动追踪【作者】韩万里;茅大钧;魏骜;吕彬【作者单位】上海电力大学自动化工程学院;上海电力大学自动化工程学院;上海电力大学自动化工程学院;上海电力大学自动化工程学院【正文语种】中文0 引言2016年12月22日，国家能源局发布《太阳能发展“十三五”规划》，提出要积极推进太阳能热发电产业化发展，到2020年年底，太阳能热发电总装机容量达到500万kW，太阳能热发电成本要低于0.8元/kWh。

目前，太阳能热发电方式主要有槽式、碟式、塔式和菲涅尔式4种。

其中，塔式太阳能热发电系统受地形限制，中心塔建造成本高，跟踪系统复杂，目前仅限应用于偏远地区的小型独立供电方式；碟式太阳能热发电系统与电网并网时的传送电压较低，规模小、成本高，目前尚无商业化规模运行的案例，仅处于示范阶段；菲涅尔式太阳能热发电系统的工作效率较低，热损失大，作为刚开发成功的系统，目前只有小型项目在运行，仅处于商业化运行前期；而槽式太阳能热发电系统的土地利用率高，可联合运行，使用材料少，制造成本低，具有储热能力，已达到商业化发展的水平，是目前太阳能热发电系统中最为成熟的一种发电方式，但其跟踪系统的结构较为简单，存在跟踪精度差、跟踪方式单一及跟踪系统稳定性差等问题。

因此，设计一种高精度、多追踪模式、全方位、高稳定性的槽式太阳能热发电自动追踪系统，已成为一种必然趋势。

槽式太阳能热发电技术研究现状与未来发展趋势1、槽式太阳能热发电技术的研发背景能源是人类生存和发展的重要物质基础，更是社会经济发展的动力源泉。

在当今世界的能源结构中，人类利用的能源是以煤炭、石油和天然气为主的化石能源。

在 2008 年世界主要能源需求比例中，煤炭、石油和天然气的需求量占了能源总需求量的 75%以上。

然而这些常规能源是一次性不可再生能源，其蕴藏量十分有限，随着开采量和使用量的急剧增加而逐渐枯竭，预计到2020 年世界一次能源消费总量将达到 200-250 亿吨标准煤。

与此同时，化石能源燃烧不可避免地产生大量二氧化碳等温室气体，导了全球生态环境的严重污染和破坏。

随着世界能源匮乏与环境恶化日益加剧，开发新的能源利用方式，充分利用清洁能源，逐步改变以煤、石油为主的能源结构，将会成为全球性的研究问题。

世界各国的煤炭需求情况，2008年中国、美国、印度、俄罗斯、欧盟和日本消耗的煤炭量占当年全球煤炭消耗总量的 83%，这六个国家CO2温室气体的排放量也占到了当年全球CO2排放量的70%。

产生电力是煤炭消耗的最重要途径之一。

从2008年的数据可以看出，全球电力部门发电燃烧的煤炭量将近占全年世界煤炭消耗总量的三分之二。

因此，世界各国开始关注一次能源在产生电力方面的替代，并积极调整以燃煤发电为主的能源结构，大力研究开发和利用可再生能源发电技术，新型的能源发电技术和节能技术也在全球范围内迅速发展起来，可再生能源在整个能源消耗中所占的比例必然会逐步地提高，这对人类社会可持续发展有着十分重要的意义。

对于中国来说，能源短缺与环境恶化的问题显得更为严峻。

为了满足迅速膨胀的工业和城市的电力需要，我国对电力的需求量变得越来越大。

据 2007年6月报道中国平均每天都有两个新电站竣工，同时国家发展和改革委员会能源局透露，2010年我国的电力装机总容量超过了8.4亿千瓦。

然而，当前我国将近四分之三的电力来自燃煤的火力发电厂。

槽式太阳能跟踪控制系统的研制与应用摘要：太阳能是可再生资源，随着我国能源消耗形势的加剧，做好太阳能的利用关系到经济的发展。

本文分析槽式太阳能跟踪控制系统的相关内容，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。

关键词：槽式太阳能跟踪控制系统；原理；设计前言太阳能资源取之不尽用之不竭，是清洁能源。

对太阳能的开发具有重要的商业价值。

通过对太阳能跟踪控制系统的应用能够大大提高对太阳能的利用。

二、太阳能跟踪系统跟踪原理系统在跟踪时刻选择太阳运行轨迹跟踪方式，调整电池板到滞后30min的位置，存储当前位置信息并等待30min，然后启动光电传感器跟踪以校正太阳运行轨迹跟踪产生的误差。

光电检测模块检测到信号的电压差值超过阈值时驱动直流电机旋转，直到电压差值小于阈值，再等待30min，进入下一次跟踪循环，实现全天实时跟踪。

三、系统总体设计1、跟踪方案选择本系统采用时控法与反馈修正法相结合的控制方式，开始时，由当地经纬度、实时时间，通过天文算法计算出当前太阳的高度角h及方位角γ。

从控制器根据此信息通过程序处理后发出相应的脉冲、方向信号，驱动执行机构，使光伏组件快速对准太阳的理论位置，完成初步跟踪。

由于跟踪过程中存在误差，倾角仪采集光伏组件跟踪后的角度并反馈给从控制器，然后从控制器判断角度偏差是否在允许范围内，如果超出该范围，控制器输出相应的脉冲完成微调，使偏差角度达到偏差要求，偏差在允许范围内系统重复上述过程，完成整个跟踪过程。

2、控制方式的选择目前主流的控制方式主要分为:集中式控制、分散式控制、集中式与分散式相结合的控制方式，综合比较以上种方法优缺点及电站运行特点后，该系统采用主从控制器相互配合集中式与分散式相结合的控制方式。

控制方式拓扑图如图1所示。

图1 控制方式拓扑图如图1所示，主从控制器相互配合组成了整个控制系统，主控制器采用比从控制器运算速度快、处理信息量大的CPU，主要完成对从控制器信息的传输，信号模块信息采集，特殊天气下的集控;每个从控制器完成太阳位置计算，逆变器发电量信息采集，响应反馈信息发出相应脉冲完成对执行机构的驱动，从而实现对太阳的追踪。

太阳能光热发电技术研究现状及其关键设备问题分析摘要：太阳能是用之不竭的可再生清洁能源，有效利用太阳能光热发电可减少对煤炭、石油、天然气等化石能源的依赖。

目前中国的太阳能利用形式主要为中低温热利用和光伏发电，中高温热利用起步较晚，尚未完成商业化。

太阳能热发电是利用大规模太阳镜场将太阳能聚集起来，产生高温蒸汽驱动汽轮机发电的技术，相比于其它太阳能利用形式，能较好地解决太阳能不稳定、不持续的弱点，有利于太阳能的大规模利用。

按照太阳能镜场的集热方式，太阳能热发电主要分为抛物槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电和碟式太阳能热发电，此外还可将太阳能热发电技术与常规能源集成，目前有太阳能燃煤互补电站和太阳能燃气互补电站。

太阳能光热发电技术是太阳能利用的重要方式，在未来有广阔的发展前景。

关键词：太阳能；光热发电；技术发展一、太阳能发电系统分类及工作原理目前，较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。

太阳能光热发电技术又分为塔式太阳能光热发电、槽式太阳能光热发电和碟式太阳能光热发电。

目前槽式和塔式太阳能光热发电站实现了商业化示范运行，而碟式发电系统仍处于示范阶段。

光热发电的工作原理太阳能光热发电的基本原理与常规火力发电相似，它主要利用大规模阵列镜面集聚太阳热能，通过换热装置加热产生蒸汽，然后驱动传统的汽轮发电机产生电能。

光热发电涉及光—热—电之间的转换，包括以下几个过程：光的捕获与转换过程、热量吸收与传递过程、热量储存与交换过程、热电转换过程。

相比光伏发电而言，太阳能光热发电技术不需要昂贵的晶硅光电转换工艺，同时具有较高的发电效率。

另外，利用相对成熟的热存储技术，可以存储部分热能，到了晚上，利用蓄热发电。

二、技术类型、特点与存在问题1.槽式太阳能光热发电系统槽式系统主要是把太阳光聚焦到管状集热器，加热带有真空玻璃罩的管内介质（多为导热油）。

工质在吸收足够热量之后，在经过油水换热器时与其中的水进行换热，将水加热成为过热蒸汽，产生的蒸汽在汽轮机中做功并带动发电机转动发电。