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自动跟踪系统 抛物面聚光器只能收集太阳的直射光线，而对散射部分无能为力。因此所讨论的光路主要直射太阳辐射能。抛物面聚光器的聚光系统必须使光轴指向太阳，即进行太阳的高度角和方位角的跟踪。高度角跟踪机构的作用是让反射镜绕俯仰轴旋转，以跟踪太阳的高度角，即上下转动。方位角跟踪机构的作用是让反射镜绕太阳方位旋转，它的旋转平面是水平面，即左右转动。按照入射光线和主光轴位置关系我们可以把他们划分为两轴跟踪型和单轴跟踪型。(1)单轴跟踪型：跟踪系统的转轴南北(东西)方向安装，东西(南北)转动跟踪。(2)双轴跟踪型：跟踪系统有方位轴和俯仰轴两个转轴。方位轴垂直于水平面，俯仰轴同方位轴垂直。反射镜同时绕两个轴转动以使反射镜的光轴和太阳光线方向一致。单轴跟踪按布置的不同可以再进行划分。所以常见的抛物面聚光器归纳为下面几类：(1)南北地轴式：跟踪系统的转轴南北方向倾斜布置，东西跟踪。跟踪系统的转轴指向地球的北极并与地平面倾斜一角度，角一般等于当地的地理纬度角。(2)南北水平式：跟踪系统的转轴南北方向水平布置，东西转动跟踪。(3)东西水平式：跟踪系统的转轴东西方向布置，南北转动跟踪。(4)两轴跟踪式：跟踪系统存在着方位轴和俯仰轴两条转轴。方位轴垂直于地平面。俯仰轴同方位轴垂直。反射镜同时绕两轴转动以使反射镜的光轴和太阳光线方向一致。如图1所示：图1 几种跟踪方式原理图采用的是抛物面聚光器，双轴跟踪时聚光器收集到的能量最大，反射镜的光学性能也最好。1时钟法 由于地球除沿椭圆轨道绕日公转外，还绕地独自转，因此从地面上的观察者看来，太阳在天空中的位置不断变化。从地面上的观察者看来，太阳在天空半球内的位置完全可以由天顶角(或高度角)和方位角二者所确定。如图2所示。图2 描述太阳位置的地平面坐标系太阳天顶角度为自观察者所在地的天顶至观察者与太阳连线之间的夹角；太阳高度角h为自观察者所在地的地平面至观察者与太阳连线之间的夹角，显然，太阳天顶角和太阳高度角二者互为余角，即h90 （41）太阳方位角r为自观察者所在地朝正南的水平线至观察者与太阳连线在地平面上的投影之间的夹角。通常规定，上午的太阳方位角为正，下午的太阳方位角为负。其中h和r均与观察者所在地的地理纬度、一年中的日期以及一天中的时刻(当地的标准时或太阳时)有关。根据太阳能光伏系统所在位置的地理纬度、某天的太阳赤纬度和某个时刻的太阳时角，根据已有公式即可计算出某地任何时刻太阳的高度角h和方位角r。这一方法是根据太阳能光伏发电系统所在地理位置的时间，计算出太阳的高度角h和方位角r，从而确定出步进电机驱动聚光器根据太阳的位置相应变动。这种方法称为时钟跟踪法。2太阳角度计算方法采用时钟跟踪方法，通过程序计算出太阳在反射镜所处地理位置某时刻的高度角和方位角，同反射镜上次转动停留角度相比较，计算出反射镜需要转动的角度，然后控制高度角和方位角两个方向上的电机，驱动反射镜转动相应的角度来跟踪太阳。（1）太阳赤纬地球绕太阳的公转轨道为椭圆形，太阳为焦点之一，近日点是1月3日，远日点是7月4日。公转一周需365.25天，将360作24等分，每15为一个节气，共24个节气。地球自转轴与公转平面呈6633 的夹角，且朝向不变。地球自转一周为24小时，所以地球每小时自转15，自转过程中总有半个球面朝向太阳，另半个背向太阳，形成昼夜。太阳直射点就是太阳光线与地平面的垂直交点。太阳赤纬就是太阳直射点所处的纬度，用表示，即由地心指向日心的连线与地球赤道平面之间的夹角。它是随季节断变化的。由于自转轴与公转平面不垂直，且地球统日公转时其自转轴在空间的方向不变，因此太阳赤纬将随地球在公转轨道上的位置不同而变化，使得太阳直射点变动于南北回归线之间，即：2327 2327，亦即随一年中的不同天而变化。如图3所示，目前通常采用计算太阳赤纬的近似公式为： 图3 太阳赤纬 （1）式中：n表示1年中的天数，1月1日取为1，12月31日取为365。按照规定，当太阳位于赤道以北时，为正，太阳位于赤道以南时、为负。一年中有两天(n80和n264)太阳正好位于赤道平面内，阳光垂直照射赤道，因此这两天的0，称为二分日，或分别称为春分日和秋分日。这两天太阳出现在赤道上的时间正好是1 2小时，即昼长和夜长正好相等，且与观察者在地球上所处的纬度无关。在夏至日(6月21日)。太阳位于北纬23.45处，即取其最大的正值。该天北半球的昼长最长，北极为极昼，终日太阳不落，而南半球的昼长最短，南极为极夜，整日不见太阳。相反地，在冬至日(12月21日)，太阳位于南纬23.45处，即取其最大负值。该天北半球的昼长最短而南半球的昼长最长。图3 太阳赤纬在一年中的变化利用公式（1）进行计算时，值的精确范围在022(最大正偏差发生在5月1日)和142(最大负偏差发生在10月9日)之间，如图3所示。表1-1给出一年12个月中每隔4天的太阳赤纬值。进行拉格朗日线性插值，即可得到太阳能工程计算所要求的准确到0.5以内的精确值，并且这些数据的逐年变化一般可以忽略不计。其具体插值方法，以第一个月为例，设第一天的赤纬度为s(1) = -23.1，第五天为 s(5) = -22.7，第九天为s(9) = -22.2，第十三天为 s(13) = -21.6，第十七天为s(17) = -20.9，第二十一天为 s(21) = -20.1，第二十五天为 s(25) = -19.2，第二十九天 s(29) = -18.2，每月的第几天用参数v表示。当1v 9 时，设 a0 = 1，a1 = 5，a2 = 9 由 l0 = (v - a1) * (v - a2) / (a0 - a1) * (a0 - a2) l1 = (v - a0) * (v - a2) / (a1 - a0) * (a1 - a2) l2 = (v - a0) * (v - a1) / (a2 - a0) * (a2 - a1) = l0 * s(1) + l1 * s(5) + l2 * s(9)当10v 17 时，设a0 = 9，a1 = 13，a2 = 17 由 l0 = (v - a1) * (v - a2) / (a0 - a1) * (a0 - a2) l1 = (v - a0) * (v - a2) / (a1 - a0) * (a1 - a2) l2 = (v - a0) * (v - a1) / (a2 - a0) * (a2 - a1) 得 = l0 * s(9) + l1 * s(13) + l2 * s(17)当18 v 25 时，设a0 = 17，a1 = 21，a2 = 25 由 l0 = (v - a1) * (v - a2) / (a0 - a1) * (a0 - a2) l1 = (v - a0) * (v - a2) / (a1 - a0) * (a1 - a2) l2 = (v - a0) * (v - a1) / (a2 - a0) * (a2 - a1) 得 = l0 * s(17) + l1 * s(21) + l2 * s(25)当v25时，设a0 = 21， a1 = 25， a2 = 29 由 l0 = (v - a1) * (v - a2) / (a0 - a1) * (a0 - a2) l1 = (v - a0) * (v - a2) / (a1 - a0) * (a1 - a2) l2 = (v - a0) * (v - a1) / (a2 - a0) * (a2 - a1) 得 = l0 * s(21) + l1 * s(25) + l2 * s(29)其中：为太阳的赤纬角；同理，其他月份也可以同样方法求得太阳赤纬角。表4- 1 太阳赤纬值月份日期赤纬度值月份日期赤纬度值月份日期赤纬度值11591317212529-23422 4222 1321 3720 5420 519 918 8215913172125-171916 1014 5513 3712 1510 509 2331591317212529-7536 214 483 141 300 5+1 303 441591317212529+4145 467 178 4610 1211 3512 2614 1351591317212529+145016 217 918 1119 920 220 4921 3061591317212529+215722 2822 5223 1023 2223 2723 2523 1771591317212529+231022 5222 2821 5721 2120 3819 5018 5781591317212529+181417 1217 614 5513 4112 2311 29 3991591317212529+8357 75 374 62 341 1-0 322 6101591317212529-2534 265 587 298 5810 2511 5013 12111591317212529-141115 2716 3817 4518 4819 4520 3621 21121591317212529 -214122 1622 4522 4523 2023 2623 2523 17（2）太阳的时角。设某地的太阳时角Hs： Hs=HlsE/60（Lsm Llso）/15 （2） 其中：Hls为地面观察点所在地区的标准时间，我国为北京时间；Llso为地面观察点所在地区所对应的经度，合肥经度为117.27；Lsm为制定标准时间所对应的经度，北京时间取经度为东经120；E为地球公转引起的Hs 和钟表时H（等于HlsE/60（LsmLlso）/15）之间的修正值，E=9.87sin2B7.53cosB1.5sinB，式中：B=360（n81）/364，其中n为所求日期在一年中第几天的排序数，1月1日为第一天；最后一项东半球取“”，西半球取“”，我国为东半球