基于PLC的碟式太阳自动跟踪控制系统研究

由于太阳辐射方向的时刻改变和太阳辐射能的不稳定性,导致碟式太阳能发电系统利用率始终较低。为了解决这个问题,本文提出了一种基于PLC控制的全天候自动跟踪方式,利用光照强度与光照强度阈值的差值作为跟踪方式切换的判据,不仅消除了程序跟踪造成的累积误差,而且避免了光电传感器在阴天或多云时无法工作的问题。为保证系统在任何天气情况下均可稳定运行,信息反馈元件增加了风速传感器、温度传感器及倾角传感器。另外,在设计系统硬软件时,采取了一系列措施来进一步降低系统运行成本。     

白酒糟与菊芋渣混合青贮发酵品质及微生物菌群多样性

利用青贮原理将白酒糟和菊芋渣混合进行固态发酵,二者按照不同鲜质量比发酵10、30、60 d时,分别考察营养成分、木质纤维含量和发酵特性的动态变化,并通过高通量测序技术解析发酵微生物菌群多样性。结果表明,当白酒糟和菊芋渣以1.2:1和1:1.5比例发酵时,可溶性碳水化合物含量显著高于其他处理组(P0.05),中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和木质素含量均显著低于其他处理组(P0.05),相对饲用价值和生物降解潜力较高。发酵过程中pH值、乳酸和氨氮含量等特性参数均处于优良青贮品质范围,V-score评分均为优等。白酒糟或菊芋渣单独发酵期间主要以变形菌和厚壁菌门细菌为主,混合发酵时则演变为以厚壁菌门、乳杆菌属细菌为主。总之,白酒糟与菊芋渣能通过生化互补特性发挥协同效应实现优质青贮,综合考虑糟渣生物质资源的利用价值和处理效率等因素,实际生产中建议以1.2:1比例混合青贮发酵30 d为宜,可获得良好发酵品质。     

秸秆生物炭配施沼液对土壤有机质和全氮含量的影响

为增加沼液中养分在土壤中的滞留量,提高沼液利用效率,本文采用室内土柱试验,研究了不同生物炭混掺量(CK、0.5%、1.0%、2.0%)、生物炭混掺厚度(0、5、10、15、20 cm)和土壤容重(1.30、1.35 g·m^-3)对土壤有机质和全氮含量的影响。结果表明:土壤容重相同时,土柱入渗液渗出速率随生物炭混掺量和混掺厚度的增加而增大;土壤容重不同时,1.35 g·cm^-3土壤土柱入渗液渗出速率小于1.30 g·cm^-3土壤,土壤有机质和全氮含量均呈1.30 g·cm^-3土壤容重小于1.35 g·cm^-3土壤容重;土柱内有机质和全氮含量随生物炭混掺量增大而逐渐增加,生物炭混掺量为2.0%时对土壤有机质和全氮含量影响最大;土柱内有机质含量随生物炭混掺厚度增大而逐渐增加,生物炭混掺厚度为20 cm时对土壤有机质含量影响最大,而全氮含量在土壤容重为1.30 g·cm^-3、混掺厚度10 cm时影响最显著,土壤容重为1.35 g·cm^-3、混掺厚度15 cm时效果较为显著。研究表明生物炭配施沼液时土壤有机质和全氮含量受生物炭混掺厚度、混掺量和土壤容重综合作用的影响。     

玉米叶混掺对土壤水分入渗的影响

通过不同玉米叶混掺比例及混掺层埋深的垂直入渗试验,并以纯土为对照,研究玉米叶混掺对累积入渗量、入渗率及剖面含水率等的影响。结果表明,处理间土壤水分特征曲线差异明显;相同土壤水吸力下,添加玉米叶的土壤含水率均高于纯土处理,且添加3%玉米叶的土壤保水性明显优于添加1%玉米叶;土壤密度一定时,累积入渗量均表现为纯土1%玉米叶处理3%玉米叶处理;添加3%玉米叶对剖面含水率的影响高于1%玉米叶。     

太阳能加热的地上式户用沼气生产系统热性能分析

为对太阳能加热的地上式户用沼气生产系统的推广应用和优化设计提供指导,试验研究了该型系统的热性能,对系统中真空管太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数与相关因素的关系进行了分析。试验表明,当日平均环境温度在-2.1~-8.6℃变化时,沼气池内料液温度可维持在(27±2)℃的范围内。得到了太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数的计算公式;研究发现沼气池内料液温度对热水-料液传热系数的影响很大,随着料液温度的提高,传热系数显著增加。     

太阳自动跟踪系统中光电传感器的设计

针对现有光电传感器存在形式单一、跟踪精度不高、运行稳定性较差等不足,该文通过对光电传感器进行结构设计,设计了一种金字塔式和箱体式嵌套的粗-精跟踪光电传感器,其中箱体式可拆卸、单独使用,其内部的凹面镜利用反射作用有效减小了箱体高度,保证了跟踪过程中的跟踪精度和运行稳定性。在对该传感器的电路进行设计时,选取四运放集成电路LM324为核心,利用其比较作用来控制电机驱动执行机构,从而使聚光系统对准太阳。利用MATLAB/Simulink对模糊PID(proportional integration differentiation,比例-积分-微分)控制器建模和仿真,与PID控制相比,模糊PID控制曲线的响应时间较短,在0.1 s时给系统一个宽度为0.1的矩形脉冲干扰,在0.1~0.2 s之间系统的响应曲线、控制误差的响应曲线以及控制器的输出变化曲线呈现不同的变化;在0.2 s时,均达到稳定状态。通过分析可知,无论是否存在干扰,该控制方法均能使控制器迅速达到稳定状态,减少系统响应时间,从而减少系统的运行成本。该研究为太阳自动跟踪系统的稳定运行和跟踪精度的提高提供了参考。     

番茄茎叶与牲畜粪便协同厌氧消化性能研究

为确定番茄茎叶与牲畜粪便混合物料的协同作用对厌氧消化产甲烷的影响,文章研究了中温(37℃±1℃)和固体质量分数为12%时,牛粪或猪粪与番茄茎叶按挥发性固体比例(1∶0,3∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶3,0∶1)混合厌氧消化产甲烷性能。结果表明:添加高比例的牲畜粪便对甲烷产量具有明显的协同促进作用。当牲畜粪便与番茄茎叶混合比例为3∶1时,甲烷产率和累计甲烷产量达到最大值,猪粪混合组分别为294.41 mL·g~(-1) VS和16087mL,较牛粪混合时分别提高了23.84%和10.79%。牛粪或猪粪与番茄茎叶混合厌氧消化协同作用值分别为-9.97%~25.48%和-7.05%~20.34%,混合比例为1∶3时产生了拮抗作用,甲烷产量分别降低了9.97%和7.05%。修正的Gompertz方程能较好反映物料混合厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R2在0.9855~0.9989之间。     

甘南臧区太阳能主被动联合采暖系统性能

中国藏区冬季太阳能仍然十分丰富,太阳能采暖潜力巨大。为了利用太阳能实现清洁供暖,以甘肃省合作市上浪坎木村2座含被动式阳光间建筑面积为170 m2的单体建筑为研究对象,其中一座使用被动式阳光间和太阳能集热器循环加热采暖,另一座使用被动式阳光间和牛粪直燃炉采暖,在相同的环境条件下对比研究了室内热环境、系统经济性和环境效益,研究结果表明：在48 d的测试期内,太阳能主被动联合采暖系统中客厅温度47 d高于14 ℃,只有1 d室内最低温度为13.3 ℃,太阳能主被动联合采暖系统很好地满足了建筑采暖需求,被动式阳光间和牛粪直燃炉联合采暖室内温度不均匀,温差大,客厅温度普遍低于12 ℃;太阳能主被动联合采暖系统比被动式阳光间和牛粪直燃炉联合采暖每个采暖季节省标煤4.3 t,可减少CO2、粉尘、SO2、NOx排放量依次为10.7,2.92,0.322和0.161 t,动态投资回收期4.9 a,证实了系统的可行性、节能性和经济性,可用于指导不同地区太阳能主被动结合供暖系统的优化设计和推广应用。     

北京地区太阳能、空气源热泵、发电余热联合沼气工程增温系统研究

为了解决北京地区大中型沼气工程增温问题,文章结合北京地区气候特点,构建了一套太阳能、空气源热泵、发电余热联合沼气增温系统,阐述了系统设计的原理,计算和分析了发酵罐的热负荷、太阳能集热器集热量、空气源热泵供热量、沼气发电余热量和系统的经济性。结果表明:3种联合增温系统的作用下料液的温度能够一直维持在(37℃±1℃)范围内,在中温厌氧发酵范围内产气也达到最佳,取得了良好的试验效果。沼气工程全年月平均热量损失为7325.0 MJ,太阳能、空气源热泵、发电余热联合沼气增温系统月平均产热量为7464.1 MJ,可以完全满足工程的热量需要,保证整个系统稳定运行。同时也具有良好的经济效益性,对今后在北京的大中型沼气工程中具有一定的的参考意义。     

沼液施用对设施土壤饱和导水率的影响

为探求沼液灌溉对土壤饱和导水率的影响。系统研究了不同沼液配比及灌溉量对番茄根区不同深度土壤的pH值、容重、总孔隙度、颗粒机械组成、含水率和有机质的变化规律,进而分析对土壤饱和导水率的影响。灌施沼液能一定程度降低土壤pH值,降幅为1.25%～3.75%;施用沼液可以降低土壤容重,降低幅度在2.13%～8.97%之间;灌施沼液可以降低土壤砂粒含量,增加土壤粉粒及黏粒含量;随着沼液灌溉配比增大以及沼液灌溉量的增加,不同土层深度的总孔隙度均呈现增加的趋势;土壤含水率与沼液配比无关与沼液灌溉量呈正相关,土壤含水率随土层深度呈抛物线变化;垂直剖面上,沼液灌溉处理土壤剖面的饱和导水率都随土壤深度的增加而下降;有机质对土壤饱和导水率的影响阈值为18.51 g/kg。多元逐步回归分析表明土壤容重、黏粒含量以及土壤有机质含量是影响土壤饱和导水率的主要因子,建议沼液合理的配比及灌溉量应控制为T2处理,但是其长期施用效果还有待于进一步验证。