如何处理太阳能跟踪系统跟踪误差的问题

 编者按：槽式太阳能跟踪系统的跟踪误差影响集热器的运行效率，并且跟踪误差直接决定了太阳跟踪控制系统是否满足工程应用。跟踪误差主要来源于跟踪控制系统误差、机械部分传动误差等，机械部分传动误差可以通过跟踪控制方式加以修正，而对采用视日运动轨迹进行太阳跟踪的控制系统，其控制系统误差主要是太阳位置的计算误差。

机械部分转动误差主要包含角度传感器的测量变送误差和传动机构的运动误差。本系统的角度传感器选用的是绝对值旋转编码器，该编码器输出12位格雷码，旋转一圈的分辨角为360°/4096=0.088°，对于本系统聚光器在0～180°范围内运行，测量变送误差最大为0.044°。驱动机构的传动误差主要取决于驱动机构的实现形式，太阳跟踪的传动机构可以采用连续跟踪和间歇跟踪两种基本方法。

传动机构的实现形式不同，跟踪控制策略需要作相应调整以提高跟踪精度。采用间歇跟踪方法连续跟踪方法聚光器的跟踪角按照太阳位置变化规律随时间连续调节以跟随太阳运行轨迹的变化的控制方法，跟踪系统的机械转动部分需要设计非常大的减速比。此外，连续跟踪意味着跟踪机构在不间断的运动，将消耗大量的电能，违背了太阳能利用的目的。

系统采用的间歇跟踪方法，即每隔一段时间间隔后，运动轴快速调整一次跟踪角，使聚光器的转角与其由于停顿导致落后于太阳运行的角度相等。在运行间隔时间以外，聚光器的驱动机构固定不工作。采用间歇跟踪方法，不仅可以简化系统控制，避免庞大的减速系统，而且可以减少液压机构的动作频率，增加系统的运行寿命，降低跟踪运动系统本身的能耗。

但该方法不可避免的要牺牲系统的跟踪精度。跟踪程序的间隔时间直接决定了间歇跟踪方法的跟踪误差，本系统设计的间隔时间为1min，按前面分析冬至日正午时刻的聚光器运行速率为全年最大峰值，为0.398°/min，则该方法最大间隔误差既为为0.398°。槽式太阳能跟踪系统的另外一个误差是聚光器的跟踪角度的计算误差，采用前述视日运动轨迹数学模型计算出的太阳高度角和方位角直接决定了太阳跟踪角的精度，SPA算法具有非常高的计算精度。

本系统PLC计算出的太阳跟踪角、聚光器测量角度和采用SPA算法计算的角度对比曲线。从图中可以直观地看出聚光器测量角度变化趋势与设计的跟踪策略是一致的。SPA算法计算的角度和太阳跟踪角输出的最大偏差为0.12°，而SPA算法的1000年的计算误差在0.0003°以内，所以本系统的视日轨迹的计算误差可控制在0.13°以内。本系统的角度传感器的采样时间间隔为5s，所以实际跟踪曲线角位变化值在时间点上并不准确，在某些点上存在有一定的时间延迟，但跟踪曲线总体上体现了间歇式跟踪的规律。从数据分析来看，控制器的角度输出和聚光器测量角度的最大偏差在0.4°以内，聚光器的测量角度和SPA计算角度误差在0.5°以内，说明采用程序采用1min的运行间隔时间是合理的。


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