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。     

可修正跟踪精度的低成本全天候太阳跟踪控制系统研制

为了降低太阳跟踪系统的成本和复杂程度,以模拟电路及光电转换原理为基础,研制了一种跟踪精度可调整的全天候太阳跟踪控制系统和T-L型太阳方位探测器,并通过光斑检测试验,对该系统的跟踪性能进行了分析,试验方法是将底部带小孔的一次性纸杯粘贴在带无数同心圆的纸上,将纸固定在双轴跟踪支架上,进而观察光斑在同心圆上的位置随时间的变化。研究结果表明:该系统的跟踪精度与太阳辐射强度有关,太阳辐射强度越大跟踪精度越高,太阳辐射强度越小跟踪精度越差,一天中的最小跟踪精度可达0.14°。该系统适合于对跟踪精度要求不是特别苛刻,并且对跟踪控制系统有廉价要求的场合,为太阳跟踪控制系统的普及奠定基础。     

复杂天气状况下的太阳能混合跟踪系统及控制判据

为了解决传统太阳能混合跟踪控制判据范围宽泛,不能准确识别天气情况的问题,该研究设计了一种复杂天气状况下的太阳能混合跟踪系统。通过分析非聚光与聚光条件下系统运行在不同跟踪策略下的跟踪特性,结合天气特征,提出以辐照度识别天气状况的多阈值控制判据。控制判据将天气划分为辐照度波动天气、高辐照度天气、低辐照度天气与辐照度极低天气,装置可根据外界气象变化自动调整光电跟踪、视日运动轨迹跟踪或固定倾角控制模式。该系统搭建Node-Red总控平台,采用并行控制,优化混合跟踪策略,控制信号稳定输出。试验结果表明：应用该判据的混合跟踪系统工作性能优良,非聚光条件下系统平均发电功率分别高出光电跟踪与视日运动轨迹跟踪0.03和0.16 W,聚光条件下系统平均发电功率达到0.81 W,高出光电跟踪0.03 W,高出视日运动轨迹跟踪0.55 W,由此可知,该系统能够提升光伏发电的输出电能,为太阳能混合跟踪系统的跟踪方式切换提供了理论依据。     

槽式太阳能跟踪控制系统的研制及应用

目前在太阳能热发电领域,仅有槽式太阳能实现了商业发电,但是槽式太阳能需要实时进行太阳跟踪。为了提高槽式太阳能跟踪精度,该文研制了一种基于可编程逻辑控制器PLC的太阳自动跟踪系统,并采用视日运动轨迹算法主动式跟踪策略,计算出槽式太阳聚光器跟踪太阳的旋转角度,并用该角度产生控制指令驱动液压油缸,实现对南北布置东西跟踪的槽式太阳能聚光器的精确太阳跟踪,选取了4个典型日期分析该跟踪系统在4个典型日期时太阳位置的高度角、方位角、跟踪太阳的旋转角度以及聚光器的旋转角度等数据,研究聚光器的运行特性。应用结果显示,该跟踪控制系统计算的太阳位置算法与国际上比较先进的高精度太阳位置SPA计算算法之间的误差在0.12°以内,角度传感器的变送误差在0.044°以内,间歇跟踪驱动最大误差在0.4°以内,经过现场测试整个跟踪系统的误差在0.5°以内。同时,对聚光器的运行轨迹数据分析显示抛物槽式聚光器的全年最大运行速率出现在冬至日的正午时刻,达到0.398°/min。该研究可以为抛物槽式太阳能聚光器的传动机构设计提供理论依据。     

基于变距光电传感器的小麦精播施肥一体机监测系统设计

为实现小麦精播施肥过程的实时监测,确保播种作业质量,该文设计了一种基于变距光电传感器的小麦精播施肥一体机监测系统。该监测系统以STM32单片机硬件系统为下位机,通过反射式光电传感器和旋转编码器分别获取种肥流动与种肥轴转动信息,判断精播机运行状态,并通过Modbus通讯协议将信息传输至MCGS触摸屏上位机人机交互界面实时显示。下位机排种监测电路仿真测试结果表明,放大电路对种管光电传感器检测距离的改变值为4~7 mm;上下位机通讯测试结果表明,数据传输内容准确率为100%;监测系统样机试验测试结果表明,故障报警准确率≥92.5%,种肥缺失、堵塞、泄漏响应时间分别≤0.2、≤0.3、≤0.3 s。该监测系统实现了对小麦精播施肥机作业的实时高精度监测,有助于提高小麦精播机作业质量。     

太阳能光伏环路热管热水系统光电光热性能试验

为减少建筑热水能耗,该文研究了一种新型太阳能光伏环路热管热水系统。该系统将太阳能光伏光热利用与环路热管有机结合,并以电加热为辅助热源制备生活热水。搭建了室外测试平台,对该系统进行了典型工况及全天性能的测试研究,分析了循环工质充注量对系统性能的影响。结果显示,系统在环路热管运行模式下,夏季工况的光热效率和综合能源效率最高,日平均值分别为62.1%和68.1%;冬季工况的光电效率和综合?效率最高,日平均值分别为13.7%和10.9%。整套系统的综合能源效率和综合?效率略高于环路热管模式。30%充注量的工况更有利于系统光热效率和光电光热综合能源效率的提高,40%充注量的工况则有利于系统光电光热综合?效率的提高。该研究表明太阳能光伏环路热管热水系统在寒冷地区运行性能良好,为系统工质充注量的选择提供了参考依据。     

菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电输出性能模拟与试验

该文基于直通式微通道冷却的菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电输出性能的仿真和试验进行研究,结果表明,太阳辐照度、聚光元件间的装配距离、入射角及热对流等对系统热电性能的影响较大;太阳直接辐照度为226 W/m2时,菲涅尔透镜与聚光元件间距离增大2 mm后,功率和电效率分别下降0.98 W和7.4%,对于确定的菲涅尔高倍聚光PV/T系统,存在最佳聚光元件装配参数范围;当太阳直接辐照度一定时,冷却工质流量越大,电池表面温度下降越快,但在较高流量时,随着流量持续增大,电池表面温度下降趋势减小;当入射角由0°增大至1°后,系统得热量下降0.25 MJ,在太阳辐照度达到500 W/m2时,输出功率下降6.35 W;试验系统输出性能稳定,且适用于大型系统,该文研究为系统实际运行参数调控提供理论和试验依据。     

严寒地区小型线性菲涅尔聚光集热器末端损失与补偿

针对严寒地区线性菲涅尔聚光集热器末端损失严重的问题,该文以呼和浩特地区小型线性菲涅尔聚光集热系统为研究对象,根据不同季节太阳位置的变化,理论分析并计算了沿水平南北轴放置的线性菲涅尔集热器自东向西跟踪过程的末端损失,得到其变化规律及补偿方法,并进行了试验验证。结果表明,一天中末端损失随时间的变化趋势与太阳高度角的变化趋势相同,与太阳方位角变化趋势相反,正午时刻末端损失最大,早晨和傍晚时刻末端损失最小;不同季节相同时间段内的末端损失,冬季最大,夏季最小,春季和秋季几乎相等;镜场调节试验结果表明,增大反射镜北端与水平面的夹角可以补偿末端损失,在夏至前后正午,当镜场北端抬高20°时,末端损失减少至集热器长度的1/10左右,瞬时集热效率达到65.9%,与反射镜调节前相比,正午瞬时集热效率提高54.5%,下午时间段内瞬时集热效率提高20%左右。研究结果可为减小严寒地区小型线性菲涅尔聚光集热器末端损失提供理论参考。     

基于环境因素与模糊识别的太阳自动跟踪控制策略

提高太阳自动跟踪控制系统的运行稳定性和跟踪精度,需要考虑外界环境因素对系统的影响及选择适当的跟踪方式。目前,太阳自动跟踪系统普遍采用光电跟踪和程序跟踪相结合的混合跟踪方式,将光强值与光强阈值的差值作为切换跟踪方式的依据。当光强值趋近光强阈值时,会造成跟踪方式频繁的切换,该文针对该问题,以外界光强大小、光强变化和风速大小为特征目标,利用MATLAB中的模糊识别方法归类总结了天气情况和系统运行情况,建立了一种基于环境因素判断的模糊识别系统,通过仿真验证,得到了天气类型和系统的运行情况,仿真结果完全符合推理条件,并与计算所得结果基本一致。该研究为太阳自动跟踪系统的启停和跟踪方式的切换提供了可靠的理论支持,且具有较高的实用性和可行性。     

聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。     

城市垃圾堆肥的生态效应与对策研究

本文分析了城市垃圾堆肥的生态效应,其中包括肥力效应:提高土壤养分,改善土壤的理化性质;生物效应:改善土壤的微生物特性,提高植物的产量和品质;环境负效应:造成土壤的沙化、盐渍化、重金属积累等;环境正效应:修复被污染的土壤,防止水土流失;并阐述了垃圾堆肥环境效应的预防措施。最后提出了城市垃圾堆肥的发展对策:提高垃圾堆肥的质量,发展有机无机复合肥。     

关于水土保持科学体系的构思

充分发挥水土保持科学内涵功能作用,加强防治土壤侵蚀,是提高治理效益和加强农业后劲,发展商品经济的需要。本文就如何形成水土保持科学体系问题,提出了几点构想:1.在指导思想上抓好“意识效应”;2.运用“整体效应”的观点,抓好水土保持科学体系的运行机制;3.运用“综合效应”的观点,抓好防、治、管、用各环的技术质量标准;4.以小流域为单元,进行综合治理,是水土保持科学体系中一个重要的科学方法;5.讲求“法律效应”开展社会治理是水土保持科学体系中不可分割的织成部分。     

大白菜氮肥施用的产量效应、品质效应和环境效应

通过 6水平氮肥田间小区试验 ,研究了大白菜氮肥施用的产量效应、品质效应和环境效应。结果表明 ,在本试验条件下 ,大白菜的经济最佳施氮量为 3 1 0kghm- 2 ,大白菜体内硝酸盐含量和氮肥施用后土壤 -作物体系的氮素表观损失随施氮量的增加线性上升 ,大白菜氮肥施用的产量效应、品质效应和环境效应难以协调。采取其它措施降低蔬菜硝酸盐含量 ,改进现有的栽培体系并进行环境经济学的研究 ,是今后蔬菜研究中应着力解决的几个问题。     

红壤侵蚀荒坡地种植留兰香技术及效益分析

留兰香作为一种优良的水土保持经济植物,是我国南方红壤侵蚀荒坡地治理与开发的优良作物品种之一,有如下几方面的优势：①耐旱、耐瘠,适应性强;②辅以科学的栽培管理措施,生长快,覆盖密,覆盖时间长,蓄水效率达５０－３ ％ ,减沙效率达７１－５ ％ ,能有效地控制水土流失;③留兰香油可作调味香料,也可开发成系列清凉保健产品和高效低毒的植物杀虫、驱虫制剂,经济效益佳。总结了红壤侵蚀荒坡地种植留兰香的主要技术措施,并对其生态、经济效益进行了分析评价。     

黄土丘陵沟壑区刺槐动态固坡效应

植被能够有效提升浅层坡体的稳定性和抗蚀性。为了初步定量评估浅层滑坡易发的黄土丘陵沟壑区植被固坡作用在自然条件下的动态变化结果,以黄土丘陵沟壑区主要造林树种刺槐为例,考虑植被固坡的根系机械作用和水文作用在2017年全年自然条件下的动态变化。通过挖掘根系剖面对根系截面积分布进行调查,单根抗拉试验测试根系抗拉强度,以利用Wu模型对刺槐根系的附加黏聚力进行计算;通过现场调查确定研究样地与植被水文作用相关的参数,室内入渗试验和土壤离心试验获取土壤的水力学参数,利用生态水文领域水分运移软件Hydrus-1D对刺槐植被坡体水分的运移进行瞬态分析;最终基于变饱和条件下的无限斜坡模型对坡体的稳定性进行分析,并分别计算刺槐根系机械作用和水文作用对坡体稳定性的动态贡献率。结果表明:(1)刺槐根系机械作用对20,40,60 cm深度处浅层坡体的稳定性提升196.56%±28.08%,106.74%±13.19%,20.61%±2.43%,同时机械作用的贡献率还具有一定波动性;(2)刺槐在生长期内,通过林冠截留拦截70.2 mm的降雨量,蒸腾耗水作用改变坡体土壤含水量和吸应力,有效地提升坡体稳定性;(3)根系机械作用的贡献全年均存在,且波动性较水文作用贡献率的波动性小,但水文作用的贡献主要发生在刺槐的生长期,且水文贡献率的部分峰值较机械作用的贡献率大。研究结果进一步揭示了黄土高原丘陵沟壑区刺槐植被坡体在自然条件下的动态变化过程。     

滨海盐碱地白蜡人工林的小气候效应

以滨海盐碱地白蜡人工林为研究对象,以旷野裸地为对照,采用定位观测的方法,研究白蜡人工林的动力、热力和水文等小气候效应,以期为滨海盐碱地人工造林的生态影响评价提供参考.结果表明：林内太阳辐射、风速、土壤温度、土壤湿度明显低于旷野;空气相对湿度林内显著高于旷野;而林内空气温度春季高于旷野,夏秋季则低于旷野.林带防风效应和遮荫效应在夏季发挥最好,分别可达77.87％和67.50％,气温最高可降低0.40℃,空气相对湿度可增加7.59％ ～ 18.61％.林内不同小气候因子间极显著相关,且气温和土温的相关性最好.     

冬小麦增产技术中机械断根方式的研究

冬小麦机械断根技术源于小麦高产的生产实践,是冬小麦精播高产栽培的重要配套技术,机械断根方式是影响小麦断根质量和断根效果的重要因素。根据小麦机械断根的农艺要求,设计了三种断根方式：锄铲断根、刀片断根、锄铲+刀片组合断根,对三种断根方式的断根效果和增产效果进行了试验研究,为正确设计小麦断根机械提供了依据。试验结果表明：三种断根方式都有明显的断根效果和增产效果,断根率为25.8%～42.1%,与对照相比,小麦产量平均提高9.96%～11.41%。其中,锄铲+刀片组合断根工作稳定、不翻土、不损伤麦苗,单株断根率为42.1%,平均断根深度10.2 cm、变异系数小,对根系生长的促进作用最大,断根增产效果最显著,比对照提高11.41%。综合各项指标,小麦进行机械断根作业时的工作部件应选用锄铲+刀片组合方式配置。     

液态地膜覆盖影响土表蒸发过程的机理研究

利用网室盆栽试验,观测分析了液膜覆盖下土壤水分蒸发强度的变化。结果表明:液膜覆盖可有效抑制土壤蒸发,根据液膜成分,将其抑制蒸发机理划分为封闭效应和固持效应;两种效应在不同阶段分别起主导作用,作用强度随液膜成分的不同组成而异。用Matlab对不同处理进行动力学方程拟合表明,合理使用液膜可以减少最大蒸发量,并延长半衰期。     

IR-Spektroskopie: Eine Schnellmethode zur Prognose der N-Wirkung und relevanten Parameter von Biokomposten

IR-spectroscopy: a rapid method to estimate the nitrogen effect and relevant parameters of biocomposts The suitability of infrared spectroscopy to estimate the short-term nitrogen effect and relevant parameters of biocomposts was investigated. Models were developed which are based on the infrared spectra (4000—400 cm^—1) of 81 different biocomposts. They enable an estimation of the nitrogen and yield effect in a pot trial, and a close prediction of relevant compost parameters (C_t, N_t, C_t/N_t, pH_5h). A major advantage compared with the conventional chemical and biological methods is the simultaneous prediction of the nitrogen and yield effect and relevant parameters from the IR spectrum of an ’unknown’︁ compost. In addition, the infrared spectroscopy is considerably more rapid.