一种高精度太阳能跟踪控制系统设计与实现

为了提高线性菲涅尔式聚光镜场的跟踪控制精度，本文基于PLC研制了原理样机模型，对太阳进行实时跟踪。基于光控和程控相结合，对天气的阴晴判断提出了一种基于模糊识别原理的全天候太阳自动跟踪方法，在Matlab中建立了阴晴模糊识别系统，然后通过高精度太阳位置算法，实现对聚光镜场的高精度和低延迟的跟踪控制目标。结果表明：通过误差分析法计算并比较跟踪目标角度计算结果与德国弗朗霍夫研究所提供的目标角度计算结果的理论值得出跟踪绝对误差在±0.455˚以内，具有较高的实用性和广阔的发展前景。

碳达峰、碳中和[1] [2]对能源转型提出了更为迫切的诉求， 能源行业碳排放占全国碳排放总量的80%左右，实现“双碳”目标需要能源行业贡献更大的减碳比例。对我国能源行业而言，实现碳中和的目标给其转型带来了利好机遇，但同时也使其面临短期内任务重、负碳技术未成熟、新能源缺乏竞争优势等挑战。

近些年，为了实现可持续发展，世界各国集中精力从传统化石能源转向各种清洁能源，清洁能源技术包括太阳能[3] [4]、水能[5]、风能[6]、生物质能[7]和地热资源能[8]等，其中太阳能不用运输且清洁安全，是目前世界上可再生能源领域内不可缺少的重要部分，对可再生能源领域有着至关重要的作用。如何有效的提高太阳能的利用率， 将极大解决世界上能源稀缺的难题。

太阳能资源“取之不尽， 用之不竭”， 是当前可再生能源开发利用领域内的不可缺少的组成部分，近几年太阳能光热发电来受到人们的高度关注[9] [10]。2016 年9 月13 日国家能源局公布国内20 家企业成功入围首批太阳能热发电示范项目(2018年底建成项目执行每度1.15 元上网标杆电价[11])，标志着我国太阳能光热发电产业正式启动。

针对太阳跟踪技术的应用，国内外学者进行了大量的研究，Abdallah 等学者对光伏发电采用双轴太阳自动跟踪， 发电效率比固定式光伏发电效率提高41% [12]；Al-Soud 等学者研制了针对太阳灶的自动跟踪控制系统，太阳灶跟踪太阳使集热器达到600℃以上[13]；纪浩[14]学者通过系统自动接收GPS 信号来计算太阳位置，从而实现对线性菲涅尔系统的集热效率的提升。线式聚光系统主要有槽式和菲涅尔，整体结构相对简单、耗材少，但系统结构相对庞大，抗风性差。而塔式和碟式则为点式聚光系统，均采用双轴跟踪方式。

基于此，本文提出了一种高精度太阳跟踪装置，基于光控和程控相结合，对天气的阴晴判断提出了一种基于模糊识别原理的全天候太阳自动跟踪方法，在Matlab 中建立了阴晴模糊识别系统，然后通过高精度太阳位置算法，从而得到太阳实时位置情况，将跟踪误差控制在可接受的范围内，对太阳能光热发电厂具有很高的实用性和广阔的发展前景。