塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计

　　塔式太阳能热发电是利用一组独立跟踪太阳的定日镜,将阳光反射到固定在塔顶部的接收器上,产生高温并加热工质产生过热蒸汽,推动汽轮发电机组发电,从而将太阳能转化为电能。

　　定日镜在电站中不仅数量最多、占地最大,而且投资最大。定日镜的跟踪效果严重影响着太阳能的利用效率。研究表明,对日跟踪与不跟踪,能量的接收率相差37.7%[2],精确地跟踪太阳可使接收器的热效率大大提高,进而提高了整个装置的太阳能利用率。

　　1　定日镜跟踪系统

　　1.1　跟踪方式

　　传统跟踪方式主要是方位角+仰角的跟踪方式,即为定日镜运行时通过转动基座来调整定日镜的方位,同时调整镜面仰角。理论上,此方式可以完全实对日跟踪,但是其存在像差相当大、聚光效果欠佳的固有缺陷[1]。自旋+仰角的跟踪方式采用镜面自旋同时调整镜面仰角实现定日镜的对日跟踪,这是由新的聚光跟踪理论推导出的一种跟踪方法也被称为陈氏跟踪方法。与传统的跟踪方式相比,采用自旋+仰角跟踪方式整个系统的象差小,从而提高了太阳的聚光效率。

　　1.2　控制方式及控制系统

　　定日镜控制系统控制定日镜在不同时刻使太阳光线全部反射到同一个位置,从而达到定点投射的目的。目前,定镜控制主要采用程序控制或传感器控制,这2种控制方式都属于开环控制。程序控制方式是通过计算太阳运动规律来控制跟踪机构的运动,其存在累积误差的缺陷;传感器控制方式是由传感器实时测出入射太阳光线的方向,以此控制跟踪机构的运动,其存在多云条件下难以找到反射镜面准确定位方向的缺陷。以程序控制为主,采用传感器实时监测作为反馈的控制方式是一种闭环控制方式,这种控制方式对程序进行了累积误差修正,使之在任何气候条件下都能够得到稳定而可靠的跟踪控制,其控制功能为:计算机根据GPS提供的定位和授时计算出太阳的准确方位,并通过网络将该计算结果输送给现场的每一个单片机,步进电机根据单片机的指令进行相应动作;系统运行中,测试装置可能出现误差,导致系统的位置反馈量出现累积误差。当传感器发现这一误差时,将误差量提供给单片机,单片机根据误差进行调整。定日镜跟踪系统如图1所示。

　　2　硬件设计

　　2.1　硬件结构

　　美国MICROCHIP公司生产的PIC系列单片机是目前全球应用最为广泛的单片机。PIC系列单片机指令单字节化,单周期化,具有哈佛总线结构与哈佛体系结构精简指令集(中档系列单片机只有33条指令),寻址方式简单,运行速度快,功耗低,驱动能力强,寻址范围大,外围电路简单,开发方便,其硬件结构如图2所示。