太陽能能有效緩解全球能源危機和環(huán)境危機,太陽光照明方式作為太陽能應用領域的一個重要分支,具有綠色環(huán)保和益于人體健康等優(yōu)點,逐漸成為能源領域研究的熱點之一。追蹤系統(tǒng)的實時追蹤精度和穩(wěn)定性是影響光纖導光效率和太陽光利用效率的關鍵因素,為了提高太陽光追蹤照明系統(tǒng)的導光效率,需要對太陽光追蹤控制方法進行研究。針對追蹤傳感器的視角范圍較小和精度低引起“盲追”、“追丟”等問題,基于雙軸追蹤結(jié)構設計了太陽光追蹤照明系統(tǒng),提出以光電追蹤為主、太陽軌跡為輔的混合追蹤方式實現(xiàn)大范圍跟蹤。采用王炳忠軌跡(Wang)算法構建了基于太陽軌跡的追蹤方式,方位角和高度角的追蹤誤差為±0.5°�；诠鈱W軟件TracePro分析了聚焦光斑位置與太陽入射光線偏移角度之間關系,獲得了滿足導光效率要求的光線偏移角度范圍±0.26°。并以四象限追蹤原理設計精度可達0.05°的追蹤傳感器,實現(xiàn)了高精度追蹤。針對太陽追蹤照明系統(tǒng)的功能需求,以STM32和嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II設計了太陽追蹤控制系統(tǒng);采用C/S模式和WiFi無線通信方式,構建了其遠程測控平臺,功能試驗表明:監(jiān)控系統(tǒng)能滿足太陽追蹤系統(tǒng)參數(shù)實時監(jiān)控的要求。采用Wang太陽軌跡算法,結(jié)合ADAMS和MATLAB實現(xiàn)了太陽光軌跡追蹤仿真控制,仿真結(jié)果表明:系統(tǒng)能夠快速追蹤設定的目標角度,并實時反映太陽追蹤系統(tǒng)的運動狀態(tài)。針對追蹤傳感器的追蹤性能開展了試驗,獲得了傳感器感光理論設計值與實際光照值之間的關系,提出了誤差校正補償方法。并基于不同控制參數(shù)、校正補償策略進行了追蹤控制性能試驗。結(jié)果表明:當方位和高度的誤差校正系數(shù)為1.6和2.5時有效削減了追蹤過程中光照的振蕩。在外界環(huán)境光強穩(wěn)定的狀態(tài)下,高度角與方位角的追蹤調(diào)整波動量分別降低了68%和33%,能夠校正透鏡聚焦光斑位置;在復雜天氣狀況下,光纖輸出光照的穩(wěn)定性和跟蹤性較好,追蹤精度和裝置導光效率明顯提高。開展的太陽光追蹤照明控制系統(tǒng)的研究,提高了導光效率,對降低白天建筑照明耗能和提高健康生活質(zhì)量具有非常大的工程意義和應用價值。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK513.4;TP273
【部分圖文】：

圖 1.1(b)所示為南北水平布置東西追蹤，圖1.1(c)所示為東西水平布置南北追蹤。三種方式雖然在布置方式上有所不同，但其基本的工作原理比較類似。在裝置的工作過程中，采光平面根據(jù)計算的太陽赤緯角的變化圍繞轉(zhuǎn)軸對太陽位置進行單軸方向追蹤。單軸追蹤的優(yōu)點是結(jié)構簡單，易于實現(xiàn)控制，但由于只在單個方向上追蹤太陽，在一天之中只有很短的時間段內(nèi)太陽追光系統(tǒng)的采光平面與太陽入射光線保持是垂直狀態(tài)，而其他大部分時刻太陽入射光線與追蹤裝置的采光平面是處于傾斜狀態(tài)。因此，這種單軸追蹤方式的裝置跟蹤精度低，導致太陽能的收集效率較低。(a) 傾斜布置東西追蹤 (b) 南北水平布置東西追蹤(c) 東西水平布置南北追蹤圖 1

相垂直的軸為赤緯軸[22]，其工作原理如圖 1.2(a)所示。在裝置工作過程中，受光平面由極軸和赤緯軸組成的平面繞軸旋轉(zhuǎn)進行追蹤太陽，由于地球自轉(zhuǎn)裝置與太陽入射光線保持垂直，極軸的旋轉(zhuǎn)速度與地球自轉(zhuǎn)速度同步來實時根據(jù)太陽赤緯角季節(jié)性變化而定期調(diào)整赤緯軸旋轉(zhuǎn)角度，以不斷適應太陽赤。極軸方式追蹤具有結(jié)構和控制簡單的特點，但設計極軸的支撐結(jié)構比較復械結(jié)構設計要求比較高，因此極軸方式的追蹤裝置并未得到廣泛應用。2）地平式雙軸追蹤地平式雙軸追蹤又稱高度角-方位角式追蹤[24]。追蹤裝置的受光平面一軸與大稱為方位軸；另一軸與地面平行，與方位軸垂直的軸，稱作俯仰軸，其工作.2(b)所示，這種追蹤方式可以根據(jù)太陽運動位置信息不斷實時調(diào)整方位軸和角度，進而調(diào)節(jié)裝置采光平面的傾斜姿態(tài)使受光平面始終與太陽入射光線垂式相比，采用地平式追蹤方式的追蹤精度高，結(jié)構設計比較簡單且制造成本

反射式主鏡和反射式次鏡構成二兩級碟式聚光器，試驗結(jié)果表明在/m2式時，0.2m2反射面積的實現(xiàn)了 6.3m2照明面積，且平均照度為明標準�？蒲性核鶎μ柲懿晒庹彰鬟M行了早期研究，1996 年，我國啟動“提倡使用綠色環(huán)保的照明能源。張耀明基于光纖敏感器追蹤傳感器陽光采集跟蹤裝置[45]，實現(xiàn)了太陽自動跟蹤和采集太陽光。2008 年超低能耗示范樓[46]，利用自動跟蹤太陽的投射式采光機，通過光纖，最遠陽光傳輸距離為 200m。2010 年，在上海虹橋樞紐高鐵站在照明區(qū)域安裝了太陽能光纖照明系統(tǒng)[47]，為處于地下封閉環(huán)境提供正實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。目前在我國市場也出現(xiàn)不同類型太陽能照明系”太陽光纖導入器、“藍煦”光纖導入式太陽光導入器、光導管式太陽示。

【參考文獻】

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本文編號：2833068