Национальной академии наук республики казахстан

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
189 
актуаторов; алгоритмы  контроля и  управления работой ОПУ гелиоконцентрирующей  установки  и системы 
слежения.  
Новизной  работы  является  разработанная  система  программного  управления  гелиоконцентрирующей 
установки и полученные уравнения движения, которой могут использоваться в гелиотехнических установках 
 
Introduction.  Разработка  алгоритма  и  программы  автоматизированной  системы  управления 
экспериментальной  гелиоустановки.  Падающий  и  отраженный  луч  от  зеркальной  поверхности 
гелиостата,  а  также  нормаль  к  поверхности  гелиостата  в  точке  падения  луча  лежат  в  одной 
плоскости,  поэтому  расчетная  модель  поля  гелиостатов  жестко  связана  с  моделью  движения 
Солнца.  Реализация  алгоритма  расчета  для  эффективного  управления  гелиоустановкой  на  ЭВМ 
представим  компоненты  вектора  Солнца    и  уравнения  прямой  солнечной  радиации  которой 
зависит от времени дня, сезона года и состояние атмосферы (рисунок 11). 
 
 
 
Рисунок 11 Результаты расчетов азимутальной и угломестной координаты Солнца, гелиостата и солнечной 
радиации на 09.21.2012 года, 13час,14мин,15сек. для местности Шымкента. 
Для расчета координаты гелиостата использовано уравнения для гелиостата с горизонтальной 
оптической  осью,  т.е.  оптическая  ось  параллельно  к  плоскости  горизонта  земли.  В  системах 
горизонтальной оптической осью - 

 (фактор косинуса cos

) равно нулю . 
Одной  из  основных  систем  таких  комплексов  является  система  управления  ориентацией 
зеркальных концентрирующих систем (ЗКС) вследствие видимого движения Солнца [1, 2, 4].  
Ниже  приведена  листинг  программы  KORSUN1,  программа  вычисляет  азимутальной  и 
угломестной координаты Солнца, гелиостата и солнечной радиации солнца на языке С++. 
#include "conio.h" 
#include "dos.h" 
#include "math.h" 
#include "stdio.h" 
#include "stdlib.h" 
#include "sys\stat.h" 
#include "time.h" 
#define 
PI 3.14159 
#define 
kd 24. 
#define 
kh 1. 
#define 
km (1./60.) 
#define 
ks (1./3600.) 
#define 
SEC (6.28319/24.) 
#define 
RAD (3.14159/180.) 
  int main(void) 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
190  
{ 
time_t timer; 
struct tm *t; 
float a0=0.0066*km, a1=7.3525*km, a2=9.9359*km, a3=0.3387*km; 
float b1=1.49889, b2=1.90060,   b3=1.83600; 
float c0=0.006891, c1=-0.405892, c2=-0.006833, 
 c3=-0.006758; 
float d1=0.158200, d2=0.093400,d3=0.453901; 
float wr=2*PI/(365.2422*24.); 
float FI=42.316*RAD, dolg=69.7*24./360.; 
floatHT,ND,H,M=-1.,S,T,EOT,LMT,W, temp,temp1,ZIN,AZI,hhh, SIGMA,SR, CM; 
int dt[13]={0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; 
float ko[13]={0,0.22,0.23,0.24,0.25,0.29,0.33,0.37,0.36,0.33,0.25,0.22,0.20}; 
int i,m,d; 
char month[]="      ", day[]="       ",hour[]="      ",min[]="     ",seco[]="     "; 
clrscr(); 
  do { 
  gotoxy(1,4); cprintf("месяц: "); 
  gotoxy(8,4); scanf("%s",month); 
  m=atol(month); 
  gotoxy(1,5); cprintf("день: "); 
  gotoxy(8,5); scanf("%s",day); 
  d=atol(day); 
  gotoxy(1,6); cprintf("час: "); 
  gotoxy(8,6); scanf("%s",hour); 
  H=atol(hour)-1; 
  gotoxy(1,7); cprintf("минут: "); 
  gotoxy(8,7); scanf("%s",min); 
  M=atol(min); 
  gotoxy(1,8); cprintf("секунд: "); 
  gotoxy(8,8); scanf("%s",seco); 
  S=atol(seco); 
  for(i=1; i      d += dt[i]; 
  ND = d; 
  CM=ko[m]; 
  S = 0; 
  T = ND*kd+H*kh+M*km+S*ks+(dolg-5); 
  SIGMA 
= c0+c1*cos(wr*T+d1)+c2*cos(2.*wr*T+d2)+c3*cos(3.*wr*T+d3); 
  EOT = 
a0+a1*cos(wr*T+b1)+a2*cos(2.*wr*T+b2)+a3*cos(3.*wr*T+b3); 
  LMT = 
H + M*km + S*ks  + dolg - 5.; 
  W = (LMT+EOT-12.)*0.261799; 
  temp = cos(FI)*cos(W)*cos(SIGMA)+sin(FI)*sin(SIGMA); 
  ZIN = 
atan(temp/(sqrt(1-temp*temp))); 
  temp = cos(SIGMA)*sin(W)/cos(ZIN); 
  temp1 
= sqrt(1-temp*temp); 
  AZI = 
atan(temp/temp1); 
  gotoxy(1,10); cprintf("коор.СОЛНЦА: АЗИМУТ=%5.2f  ЗЕНИТ=%5.2f", 
    AZI/RAD, ZIN/RAD); 
  temp =  atan((sin(AZI)*cos(ZIN))/(1+cos(AZI)*cos(ZIN)) ); 
  temp1 
= atan((sin(ZIN)*cos(temp))/(1+cos(AZI)*cos(ZIN)) ); 
  gotoxy(1,12); cprintf("коор.ГЕЛ: АЗИМУТ=%5.2f    ЗЕНИТ=%5.2f ", 
  temp/RAD, temp1/RAD); 
  SR=(1.256+0.042*cos(2*PI*ND/365))*sin(ZIN)/(CM+sin(ZIN)); 
  gotoxy(1,14); cprintf("солнечная радиация= %5.2f",SR); 
  } while(!kbhit()); 
     return(0); 
  } 
 
Одной  из  важных  характеристик  оптической  системы  является  коэффициент  эффективности 
использования  гелиостатов  -

  (фактор  косинуса  cos

),  характеризующий  степень  использования 
зеркальной поверхности следящих гелиостатов. Из полученных соотношений (глава 2) определено, 
что коэффициент эффективности 

 гелиостатов (фактор косинуса) зависит от угловых переменных, 
распределение его значений по полю однозначно определяется линейными координатами. 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
191 
Оптическая  система  солнечной  электростанции  башенного  типа  обладает  всеми  чертами 
сложных  технических  систем,  нормальная  работа,  которой  возможна  лишь  при  строго 
сбалансированном  учете  множества  разнородных  ограничений,  взаимо  противоположных 
эффектов и противоречивых требований, предъявляемых к ним в процессе их функционирования. 
Разработанная  программа  АСУ  создана  для  управления  гелиостатов  с  учетом  фактора 
косинуса - 

, т.е. программа управляет гелиостатов электростанции и гелиостаты с горизонтальной 
оптической осью ЗКС. Алгоритм управления программы приведено на рисунке 2: 
 
 
 
 
Рисунок 2 - Алгоритм АСУ экспериментальной гелиоустановки. 
 
Программа  управления  экспериментальной  гелиоустановки  (рисунок  3.12)  начинается  с 
инициализации  адаптера,  далее  происходит  опрос  и  запоминание  состояние  ДУ. 
Позиционирования ГС в “Исходное положение” – это привязка координаты гелиостата с местным 
географическим координатам. Основную функцию выполняет блок управления системы слежения. 
Блок управления дает возможность выбирать один режимов:  
-  режим  управления  ГС  по  вычисленным  координатам  солнца  или  за  другими  небесными 
объектами 
- режим управления по координатам ГС следящего от солнечного датчика 
- режим управления ГС по заданным координатам 
 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
192  
 
 
Рисунок 3. Программа управления экспериментальной гелиоустановки 
 
В  режим  управления  ГС  по  вычисленным  координатам  солнца  или  за  другими  небесными 
объектами  можно  задавать  координаты  коррекции  по  азимуту  и  зенита.  Это  режим  управления 
применяется  для  гелиостатов  электростанции  и  гелиостаты  с  горизонтальной  оптической  осью 
ЗКС.  
На рисунках 4 а), б), в) приведены часть программы коррекции координатой по оси азимута и 
зенита. 
 
 
 
Рисунок 4 а) Часть программы ввода коррекции координат по оси азимута 
 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
193 
 
 
Рисунок . 4 б) Часть программы ввода коррекции координат по оси зенита. 
 
 
 
Рисунок .4 в) Часть программы ввода коррекции азимута и зенита. 
 
Ниже приведены уравнение, которой можно рассчитать долготу и склонения Солнца, местное 
и истинное время, текущей Юлианской даты, по формулам: 
Julian day (jd) = 32916.5 + delta × 365 + leap + day + hour/24, 
(1) 
где: delta = (текущий год – 1949); leap = часть целого числа (delta /4); day = номер дня с начало 
года;  hour = текущий время от day. 
n = jd - 51545.0 
 
 
 
 
 
                                   (.2) 
L (сред. долгота) = 280.460 + 0.9856474 * n; (0 < L < 360°) 
 
           (.3) 
g (сред. отклонения) = 357.528 + 0.9856003 * n; (0 
            (4) 
l (эклиптик. долгота) = L + 1.915 * sin(g) + 0.020 * sin (2*g);   
(0  
 
 
 
 
 
 
 
(5) 
ep (наклон от эклиптики) = 23.439 - 0,0000004 * n; 
 
 
            (6) 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
194  
Прямое  восхождение  (ra)  и  склонения  (dec)  Солнца  на  небесной  координатной  системе 
вычисляется по следующим формулам: 
tan(ra) = cos(ep) * sin (l)/cos(l)                                                                         (7) 
sin(dec) = sin(ep) * sin(l)                                                                                  (8) 
Для  преобразования  (1.61),  (1.62)  на  местную  координатную  систему  для  азимута  и  зенита 
Солнца, нам необходимо знать часовой угол (ha), который определяется по формуле: 
ha=lmst-ra     
                                
    
                                            (9) 
Imst = gmst + (long.)/15; (0 
                                (10) 
Imst - местное среднее звездное время, long– долгота местности. 
gmst – время по Гринвичу равно: 
gmst = 6.697375 + 0.0657098242 * n+ hour; (0 < gmst < 24 h)                      (11) 
Координаты азимута и зенита Солнца определяется по следующей формуле:  
sin (el) = sin (dec) * sin (lat) + cos (dec) * cos (lat) * cos (ha)                         (12) 
sin (az) = -cos (dec) * sin (ha)/cos (el) (0 < az < 360°)                                     (13) 
Ниже приведена листинг программы FORMULA4 на языке С++ для вычисления координаты 
гелиостата на выходной файл FORMULA4.DAT  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#define PI 3.14159 
#define kd 24. 
#define kh 1. 
#define km (1./60.) 
#define ks (1./3600.) 
#define SEC (6.28319/24.) 
#define RAD (3.14159/180.) 
void GetPos (int nYear, int nDay, 
 
     int nHour, int nMinut, int nSecond, 
 
     double& An, 
 
     double& Hn); 
double Long = -69.7; // долгота города Шымкент 
double Lat  =  42.316;// широта города Шымкент 
double Pi    = M_PI; 
double TwoPi = 2.*M_PI; 
double Rad   = M_PI/180; 
float a0=0.0066*km, a1=7.3525*km, a2=9.9359*km, a3=0.3387*km; 
float               b1=1.49889,   b2=1.90060,   b3=1.83600; 
float c0=0.006891,  c1=-0.405892, c2=-0.006833, c3=-0.006758; 
float               d1=0.158200,  d2=0.093400,  d3=0.453901; 
float wr=2*PI/(365.2422*24.); 
 
 float FI=42.316*RAD, dolg=69.7*24./360.; 
 float SIGMA,HT,HM,ND,H,M,S,T,EOT,LMT,W,temp,temp1,ZIN,AZI,hhh; 
void main (void) 
{ 
  double Hn;   
// heliostat normal 
  double An; 
  time_t timer = time      (NULL); 
  struct tm* t = localtime (&timer); 
   FILE *stream; 
 // int nMin = 40; 
  int nSec = 0; 
  stream = fopen("FORMULA4.dat", "w+"); 
    fprintf(stream,  "%02d-%02d-%02d  day=%2d  L=%2.3f  Z=%2.3f\n",  t->tm_mon+1,  t->tm_mday,  t->tm_year-100,t-
>tm_yday, Lat, Long); 
    for (int t1=7; t1<=17; t1++ ) 
    { for (int m1=0; m1<=56; m1+=4) 
      { GetPos (t->tm_year, t->tm_yday, t1, m1, nSec, An, Hn); 
     fprintf(stream, " %02d:%02d %7.3f %7.3f \n", t1, m1, An/Rad, Hn/Rad ); 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
195 
      } 
    } 
   fclose(stream); 
  printf ("Enter any key\n"); 
  getch (); 
} 
void GetPos (int nYear, int nDay, 
 
     int nHour, int nMinut, int nSecond, 
 
     double& An, 
 
     double& Hn) 
{     int ND = nDay; 
      int H = nHour-1; 
      int M = nMinut; 
      int S = nSecond; 
 
 
T = ND*kd+H*kh+M*km+S*ks +(dolg - 4.97); 
 
SIGMA = c0+c1*cos(wr*T+d1)+c2*cos(2.*wr*T+d2)+c3*cos(3.*wr*T+d3); 
 
EOT = a0+a1*cos(wr*T+b1)+a2*cos(2.*wr*T+b2)+a3*cos(3.*wr*T+b3); 
 
LMT = H + M*km + S*ks + dolg - 4.97; 
 
W = (LMT+EOT-12.)*0.261799; 
 
temp = cos(FI)*cos(W)*cos(SIGMA)+sin(FI)*sin(SIGMA); 
 
ZIN = atan(temp/(sqrt(1-temp*temp))); 
 
temp = cos(SIGMA)*sin(W)/cos(ZIN); 
 
temp1 = sqrt(1-temp*temp); 
 
AZI = atan(temp/temp1); 
 
  double CosHs   = cos (ZIN); 
  double SinHs   = sin (ZIN); 
 
  double CosAs   = cos (AZI); 
  double SinAs   = sin (AZI); 
 
  double CosHsAs = 1. + CosHs*CosAs; 
 
  An = atan (SinAs   *CosHs/CosHsAs); 
  Hn = atan (cos (An)*SinHs/CosHsAs); 
 return; 
} 
Выходной  файл  FORMULA4.DAT  сохраняет  данные  на  заданную  дату  текучей  времени  с 
интервалом 4 минуты и координаты азимута и угломеста гелиостата с горизонтальной оптической 
осью (рисунок 3.12)  
 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
196  
 
 
Рисунок 5. Данные координаты осей азимута и угломеста гелиостата с интервалом времени 4 минуты 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
[1]
 
Койшиев  Т.К.,  Курятов  А.И.,  Принципы  управления  оптической  системой  экспериментальной  СЭС-5  //  Ж. 
Гелиотехника – 1990.- №3. - C.28-30. 
[2]
 
Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. - К.: РадиоСофт, 2008. -
338с. 
[3]
 
Саейд Б.Д. Автоматические системы ориентации на солнце гелиоустановок: дис. … канд. техн. наук.  -Москва. 
1991. -С.95-97. 
[4]
 
Комиссаров Я.С., Левин Л.Б., Раздин А.Е., Чурсин В.И. Автоматизированное управление экспериментальными 
исследованиями на солнечной электростанции. // «Изв. вузов. Энерго». – 1987.- № 6. – C.50-52  
[5]
 
Ibrahim  M.  A.,  A  simplified  sun  tracker  for  residential  applications  //  Second  Arab  Int.    Solar  Energy  Con,  on  Solar 
Energy Prospects in the Arab World; -Bahrain, 1986, february. –P.324-328. 
[6]
 
Joseph  J.  Michalsky  The  Astronomical  Almanac's  Algorithm  For  Approximate  Solar  Position  (1950-2050)  Solar 
Energy. -1988.- Vol. 40, №3. - P. 227-235.  
[7]
 
Абдурахманов  А.A.,  Сарибаев  А.С.,  Акбаров  Р.Ю.,  Юлдашев  А.А.  Концентратор  башенного  типа  на  базе 
гелиостатов большой солнечной печи мощностью 1000 кВт. // Ж. Гелиотехника. – 1999. -№2. -С.64-69. 
[8]
 
Suren Geruni. Solar tracking system with stationary concentrator// World Renewable Engery Congress VIII August 29-
September 3, 2004, Denver. -Colorado USA, 2004 
[9]
 
Патент RU2043583 РФ. Устройство для ориентации гелиоустановки / Кузьменко В.В., Долик Ю.С., Кузьменко 
И.П; опубл. 1992. 
[10]
 
Н.А.Лакоты.  Проектирование  следящих  систем:  физические  и  методические  основы.  -  М.:  Машиностроение, 
2004. - 352с. 
[11]
 
Harkonen  J.  Processing  of  high  efficiency  silicon  solar  cells.  Helsinki  University  of  Technology  Reports  in  Electron 
Physics. – Helsinki, 2001. Р.45-51. 
[12]
 
Wurfel P. Phisics of Solar Cells. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, KGaA, - Weinheim, 2005. Р.106-110. 
 
 
 
 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
197 
REFERENCES 
 
1.
 
Koyshiyev  T.K.,  Kuryatov  A.I.,  the  Principles  of  management  of  experimental  SES-5  of  optical  system//Zh. 
Geliotekhnika – 1990. - No. 3. - S.28-30. 
2.
 
Sibikin Yu. D., Sibikin M. Yu. Nonconventional renewables. - To.: Radio software, 2008. - 338s. 
3.
 
Sayeyd  B.  D.  Automatic  systems  of  orientation  to  the  sun  of  solar  power  plants:  yew.  …  Cand.Tech.Sci.  -  Moscow. 
1991. - Page 95-97. 
4.
 
Komissarov  Ya.S.,  Levin  L.B.,  Razdin  A.E.,  Chursin  V.  I.  Automated  management  of  pilot  studies  on  a  solar  power 
station.//"Izv. higher education institutions. Энерг". – 1987. - No. 6. – S.50-52 
[2]
 
5.Ibrahim M. A., A simplified sun tracker for residential applications // Second Arab Int.  Solar Energy Con, on Solar 
Energy Prospects in the Arab World; -Bahrain, 1986, february. –P.324-328. 
[3]
 
6.Joseph  J.  Michalsky  The  Astronomical  Almanac's  Algorithm  For  Approximate  Solar  Position  (1950-2050)  Solar 
Energy. -1988.- Vol. 40, №3. - P. 227-235.  
[4]
 
7 . Abdurakhmanov A.A. Saribayev A.S. Akbarov R. Yu. Yuldashev A.A. Kontsentrator of tower type on the basis of 
heliostats of the 1000 kW big solar furnace. // Zh. Geliotekhnika. – 1999 . -№2. - Page 64-69. 
[5]
 
8.Suren  Geruni.  Solar  tracking  system  with  stationary  concentrator//  World  Renewable  Engery  Congress  VIII  August 
29-September 3, 2004, Denver. -Colorado USA, 2004 
[6]
 
9 . Patent RU2043583 Russian Federation. The device for orientation Solar power plant / Kuzmenko V. V., Dolik Yu.S. 
Kuzmenko I.P; опубл. 1992 . 
[7]
 
10  .  N.A.Lakota.  Design  of  watching  systems:  physical  and  methodical  bases.  -  M.:  Mechanical  engineering,  2004.  - 
352с. 
[8]
 
11.Harkonen J. Processing of high efficiency silicon solar cells. Helsinki University of Technology Reports in Electron 
Physics. – Helsinki, 2001. Р.45-51. 
[9]
 
12.Wurfel P. Phisics of Solar Cells. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, KGaA, - Weinheim, 2005. Р.106-110. 
 
Ф.A.Сатыбалдиева

жүктеу/скачать 6 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: