Обоснование параметров и разработка систем слежения солнечных установок

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мировой практике в области использования Солнечной энергии вопросы повышения эффективности солнечных установок, повышение их технико-эконмических показателей и коэффициента полезного действия, обеспечение оптимального рабочего режима считается важной задачей. В этом аспекте разработка систем слежения за видимым движением Солнца для повышения эффективности их использования является одним из основных задач. На сегодня в мире большое внимание уделяется одной из важных проблем энерго- и ресурсосбережения, разработке систем слежения для Солнечных энергетических устройств, которое дает значительное повышение общей выработке рассматриваемых систем. В связи с этим перспективным является проведение целевых исследований в ниже приведенных направлениях: разработка алгоритмов программного обеспечения для систем слежения, усовершенствование энергетических и оптических характеристик концентрирующих систем, разработка методов повышения точности программных и оптических систем слежения концентраторов и гелиостатов, разработка эффективных оптических датчиков слежения, разработка методов определения погрешностей оптического и программного управления концентраторов солнечного излучения. В соответствии со Стратегией действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан, необходимо обратить особое внимание на разработку эффективных механизмов внедрения достижений научных исследований, обеспечению конкурентоспособности производимых изделий на внутреннем и внешнем рынке. В «Год поддержки активного предпринимательства, инновационных идей и технологий» особого внимания заслуживает получение научных результатов, отвечающих современным требованиям научноинновационного развития страны. В этом аспекте практическая реализация задач разработки систем слежения за Солнцем, обеспечивающих максимальную точность и обладающие высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками является актуальными, которые являются неотъемлемой частью Солнечных электростанций (СЭС). В связи с этим, выработка требований к точности используемых систем наблюдения за концентраторами, разработка высокоточных оптических датчиков, а также увеличение продолжительности времени функционирования систем на их основе в течение светового дня является одной из важнейших задач. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-1442 «О приоритетных направлениях развития индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2015 года, № УП-4947 «О мерах по дальнейшей реализации Стратегии действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» от 7 февраля 2017 года и №ПП-2789 «О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности Академии наук, организаций, управления и финансирования научно-исследовательской деятельности» от 17 февраля 2017 года, а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка датчиков оптических систем слежения и обоснование требований к точности слежения концентраторов различного назначения, разработка расчетных и экспериментальных методик оценки точности оптических и программ систем слежения. Научная новизна исследования заключается в следующем: определено и обосновано влияние точности слежения на энергетические и концентрирующие характеристики точечных и линейных концентраторов солнечного излучения, показано, что даже для концентраторов солнечных печей влияние точности слежения на концентрацию и потоки начинает проявляться при углах более двух угловых минут; определены оптимальные параметры оптического датчика слежения, обеспечивающие максимальные разностные сигналы при одинаковых углах рассогласования и имеющего поле обзора до 60°; разработан способ и устройство для определения невертикальности азимутальной оси вращения концентраторов и гелиостатов; разработана методика экспериментального определения хода движения концентраторов и гелиостатов за Солнцем; разработан алгоритм программного управления концентраторов и гелиостатов, учитывающий невертикальность азимутальной оси прецессию и нутацию оси земной сферы. Заключение На основе исследований по разработке датчиков оптических систем слежения, обоснование требований к точности слежения концентраторов различного назначения, по разработка расчетных и экспериментальных методик оценки точности оптических и программных систем слежения сделаны следующие выводы: 1. Проведена классификация датчиков оптических систем слежения концентраторов за Солнцем и разработана новая конструкция оптического датчика, обеспечивающая максимальные сигналы рассогласования и угол обзора до 60°. 2. Разработана модель и алгоритм, который позволяет расчетным способом определить влияния точности слежения на энергетические характеристики точечных и линейных концентраторов. Показано, что и для концентраторов солнечных печей влияние точности слежения начинает проявляться при углах более двух угловых минут; 3. Разработан новый способ и устройство для определения и контроля невертикальности азимутальной оси вращения концентраторов и гелиостатов с азимутально - зенитальной монтировкой, позволяющий определять положение азимутальной оси в пространстве за одно измерение с точностью до 0.5 угл. мин. 4. Разработана методика и устройство для оценки точности датчиков оптических систем слежения и программного слежения, и проведены оценки точности датчиков слежения на БСП. 5. Показано, что динамика сигнала, характеризующая движение гелиостата, в том числе концентраторов существенно отличается от ранее имевшихся представлений, а именно работа датчика происходит на границе чувствительности, причем независимо от её точности. 6. Впервые разработан алгоритм программного слежения концентраторов и гелиостатов за Солнцем, учитывающий невертикальность азимутальной оси, а также прецессию и нутацию оси вращения Земли. 7. Показано, что для дневного программного слежения могут быть использованы упрощенные уравнения видимого движения Солнца с учетом невертикальности азимутальной оси при совмещении местного полудня с полуднем Солнца с точностью включения программного слежения по времени до 10с.