太陽能跟蹤系統跟蹤誤差如何修正?

2020-11-26 索比光伏網

槽式太陽能跟蹤系統的跟蹤誤差影響集熱器的運行效率，並且跟蹤誤差直接決定了太陽跟蹤控制系統是否滿足工程應用。跟蹤誤差主要來源於跟蹤控制系統誤差、機械部分傳動誤差等，機械部分傳動誤差可以通過跟蹤控制方式加以修正，而對採用視日運動軌跡進行太陽跟蹤的控制系統，其控制系統誤差主要是太陽位置的計算誤差。

機械部分轉動誤差主要包含角度傳感器的測量變送誤差和傳動機構的運動誤差。本系統的角度傳感器選用的是絕對值旋轉編碼器，該編碼器輸出12位格雷碼，旋轉一圈的分辨角為360°/4096=0.088°，對於本系統聚光器在0～180°範圍內運行，測量變送誤差最大為0.044°。驅動機構的傳動誤差主要取決於驅動機構的實現形式，太陽跟蹤的傳動機構可以採用連續跟蹤和間歇跟蹤兩種基本方法。

傳動機構的實現形式不同，跟蹤控制策略需要作相應調整以提高跟蹤精度。採用間歇跟蹤方法連續跟蹤方法聚光器的跟蹤角按照太陽位置變化規律隨時間連續調節以跟隨太陽運行軌跡的變化的控制方法，跟蹤系統的機械轉動部分需要設計非常大的減速比。此外，連續跟蹤意味著跟蹤機構在不間斷的運動，將消耗大量的電能，違背了太陽能利用的目的。

系統採用的間歇跟蹤方法，即每隔一段時間間隔後，運動軸快速調整一次跟蹤角，使聚光器的轉角與其由於停頓導致落後於太陽運行的角度相等。在運行間隔時間以外，聚光器的驅動機構固定不工作。採用間歇跟蹤方法，不僅可以簡化系統控制，避免龐大的減速系統，而且可以減少液壓機構的動作頻率，增加系統的運行壽命，降低跟蹤運動系統本身的能耗。

但該方法不可避免的要犧牲系統的跟蹤精度。跟蹤程序的間隔時間直接決定了間歇跟蹤方法的跟蹤誤差，本系統設計的間隔時間為1min，按前面分析冬至日正午時刻的聚光器運行速率為全年最大峰值，為0.398°/min，則該方法最大間隔誤差既為為0.398°。槽式太陽能跟蹤系統的另外一個誤差是聚光器的跟蹤角度的計算誤差，採用前述視日運動軌跡數學模型計算出的太陽高度角和方位角直接決定了太陽跟蹤角的精度，SPA算法具有非常高的計算精度。

本系統PLC計算出的太陽跟蹤角、聚光器測量角度和採用SPA算法計算的角度對比曲線。從圖中可以直觀地看出聚光器測量角度變化趨勢與設計的跟蹤策略是一致的。SPA算法計算的角度和太陽跟蹤角輸出的最大偏差為0.12°，而SPA算法的1000年的計算誤差在0.0003°以內，所以本系統的視日軌跡的計算誤差可控制在0.13°以內。本系統的角度傳感器的採樣時間間隔為5s，所以實際跟蹤曲線角位變化值在時間點上並不準確，在某些點上存在有一定的時間延遲，但跟蹤曲線總體上體現了間歇式跟蹤的規律。從數據分析來看，控制器的角度輸出和聚光器測量角度的最大偏差在0.4°以內，聚光器的測量角度和SPA計算角度誤差在0.5°以內，說明採用程序採用1min的運行間隔時間是合理的。

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