Автоматизированная автономная гелиосистема с интеллектуальным модулем управления

11 
Функционал качества системы управления, реализующий основной критерий 
оптимизации: 
E={G
п
,G
o
,G
д
,S
п
,φ
а
,φ
з
,Е
п
}→ max, где 
E – полученная энергия (кВт×ч); 
G
п
– прямое излучение солнца (Вт/м
2
); 
G
o
– отраженное излучение (Вт/м
2
);
G
д
– диффузное излучение (Вт/м
2
);
S
п
– площадь активно поглощающей поверхности (м
2
);
φ
а
– азимутальный угол наклона поглощающей поверхности (°);
φ
з
– зенитный угол наклона поглощающей поверхности (°);
Е
п
– затраты энергии на перемещение рабочей поверхности (Вт×ч). 
Процесс передачи тепла излучением характеризуется значением полного ко-
личества теплоты: 
Z × S ×t
и
× ((T
и
/100)
4
- (T
п
/100)
4
) × Ф, где 
Z – совокупное излучение источников (Вт/м
2
); 
S – площадь излучающей поверхности (м
2
); 
t
и
– продолжительность излучения (сек.); 
T
и
– температура источника (°С); 
T
п
– температура активно поглощающей поверхности (°С); 
Ф – угловой коэффициент между источником и коллектором. 
Полное количество теплоты зависит от значения углового коэффициента. Для 
максимизации преобразования энергии, полученной излучением, должно выпол-
нятся условие Ф ≥ 1. Корректировка значения Ф выполняется регулировкой положе-
ния рабочей поверхности преобразователя относительно источника, характеризуе-
мого значениями φ
а 
и φ
з
.
Единственное излучение с достаточной точностью прогноза — это прямая сол-
нечная радиация. Поскольку возникающее отраженное и отраженное рассеянное из-
лучения – это стохастические процессы, целесообразно рассматривать их как сово-
купность. При этом количество источников (отражающих поверхностей), частота и 
степень воздействия их излучения - случайные величины и могут быть описаны как 
множества значений, изменяемых в определенном диапазоне (статистические 
данные и усреднённые значения приведены в работах John A. Duffie, William A. 
Beckman). Стохастичность излучения, в том числе подразумевает возникновение от-
раженных лучей, провоцирующих изменение направления поверхности коллектора 
в сторону с большим значением G и низким t
и
. И так как при каждой смене направ-
лений Е
п
становится отличным от нуля, необходимо исключить переориентирование 
в направлении излучений с низким G и/или t
и
.
Новая ИАСУ может быть интегрирована с элементами уже находящейся в 
эксплуатации гелиосистемы. На рисунке 6 представлена функциональная схема ге-
лиосистемы с интегрированной ИАСУ. 

12 
Рисунок 6 
– 
Функциональная схема (1– коллектор с ИАСУ, 2 – бойлерная система), 
где: ИМ – имитационная модель; УУ
к 
– устройство управления коллектором; ОУ
к
– объект 
управления - коллектор; ПМ – прогнозирующий модуль; ОМ – оптимизирующий модуль (учиты-
вающий Е
т
–полученную и Е
э
– затраченную энергию); УУ
б
– устройство управления бойлерной 
системой; ОУ
б
– объект управления - бойлерная система. 
Модули ИАСУ (УУ
к
) не влияют на функционирование стандартного УУ
б 
и 
при этом могут использовать синтезируемые им данные, например, для определения 
необходимости блокировать нагрев теплоносителя коллектором в летней период. 
УУ
к 
интегрируется в стандартную гелиосистему (рисунок 5), поддерживающую 
смены направлений рабочей поверхности солнечного коллектора. На входе УУ
к
зна-
чения измеренного излучения (Х
р
) в Вт/м
2
, на основе которых синтезируется закон 
управления – U
к
, обеспечивающий ориентирование центра рабочей поверхности в 
направлении наибольшего совокупного излучения. Измерение выполняется датчи-
ками, расположенными на гранях прямоугольной рабочей поверхности солнечного 
коллектора. 
, 
(1) 
φ
nа 
φ
nз
– азимутальный и зенитный угол наклона рабочей поверхности в задан-
ную минуту (1,2…1440) в течение суток, изменяемый шаговым исполнительным ме-
ханизмом (например, шаговый линейный электропривод с вращаемым штоком).
Важной частью ИАСУ является ИМ, в составе которой модуль расчёта при-
хода прямой солнечной радиации, на основе которого также реализованы модули, 
генерирующие значения диффузного и отражённого излучения. Значения диффуз-
ного и отраженного излучения (Х'
р\о
) измеряемые в Вт/м
2
, смоделированы блоками 
Matlab Simulink – Uniform Random Number. Модель предназначена для стрессового 
испытания ИАСУ, поэтому блоки непрерывно генерирует случайные значения в за-
данном диапазоне. Диапазон значений соответствует математическому описанию 
диффузного излучения и статистическим данным по экспериментам с отраженным 
U
к 
= 

жүктеу/скачать 1,32 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: