高度角人工可調的太陽光照模擬裝置及方法
2023-06-02 11:04:26
專利名稱：高度角人工可調的太陽光照模擬裝置及方法
技術領域：
本發明屬於太陽跟蹤器檢測技術領域，特別涉及一種高度角人工可調的太陽光照模擬裝置及方法。
背景技術：
隨著太陽能開發、太陽監測日益受到各方面的重視，出現了一大批可自動跟蹤太陽的太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器。太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器廣泛用於太陽能發電、氣象監測(太陽輻射測量、大氣)等領域。為保證跟蹤精度，大部分太陽跟蹤器採用閉環的工作模 式，利用光電池、光電二極體、成像器件等光電傳感器來提供太陽指向偏差的反饋。在太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的調試、試驗及指向精度檢驗中，太陽光照環境是必不可少的試驗條件之一。建立太陽光照環境一種最直接的方法是利用室外天然太陽光，以天然太陽光來測試太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器。這種方法的優點是不需要額外的試驗裝置，較為簡單。室外測試方法的缺點之一為需要在室外建立完善的測試環境，包括電源、必要的儀器儀表等。室外測試方法的缺點之二為受季節、天氣狀況的影響，天氣陰暗、陰雨時，難以進行太陽跟蹤試驗。室外測試方法的缺點之三為室外環境對太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的不利影響，空氣中的灰塵、水汽等物質可能大量進入太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器內部。對於工作環境為太空的宇航用太陽跟蹤設備或跟蹤器而言，由於其自身裝有價格昂貴的電子元件和精密光學元件，大多數太陽跟蹤測試應該在超淨間內進行，不應該在室外進行。為了便於在實驗室內進行太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的太陽跟蹤試驗，常常需要太陽光模擬裝置來建立太陽光照環境。其中，模擬太陽光的高度角可以改變。依靠這種高度角可變的模擬太陽光，可令太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器上的光電傳感器產生反饋信號，使系統獲取高度角偏差信號，從而可以測試太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的閉環跟蹤特性。藉助太陽光模擬裝置，可以檢測太陽跟蹤器的太陽指向精度，包括動態跟蹤精度和靜態跟蹤精度。大多數太陽光照模擬方法或裝置採用「單軸轉臺」方案來測試太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的單自由度太陽跟蹤性能。「單軸轉臺」的方案如下，其中的太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器放置在可單軸旋轉的轉臺上，太陽模擬器位置固定。如果轉臺以給定的速率轉動，那麼在一定的範圍內，模擬太陽光入射到太陽跟蹤設備光電反饋元件的方位角或高度角將改變。為了便於描述，本發明所述的模擬太陽光高度角為模擬太陽光與水平面的傾角。現有的「單軸轉臺」太陽光照模擬裝置存在下面的問題。第一個問題，現有的裝置要求太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器必須在轉臺上旋轉，這樣可能損傷太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器。在轉臺的運動過程中，可能損傷太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器部件，例如電氣連接線可能在轉臺的多圈(幾千甚至幾萬圈)連續旋轉中產生嚴重的扭曲變形。
第二個問題，採用「單軸轉臺」方案，一般要改動太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的機械設計。考慮到轉臺旋轉速度過快時，轉臺上的太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器可能產生滑動，甚至可能滑下轉臺，一般要對轉臺和太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器增加用於固定的工裝。對於已經成型的太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器產品而言，添加僅用於測試用的機械裝置，可能一系列的問題，包括造價、強度等。
發明內容
為了解決現有技術的問題，本發明提出了一種高度角人工可調的太陽光照模擬裝置及方法。高度角人工可調的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器，該裝置還包括反射鏡、傾角測量裝置、反射鏡旋轉機構、運動臺、反射鏡水平位移運動導軌、水平位移測量裝置、太陽模擬器、反射鏡旋轉調整機構；反射鏡安裝在反射鏡旋轉機構上，傾角測量裝置與反射鏡相連；反射鏡旋轉調整機構安裝在反射鏡旋轉機構的一端；反射鏡旋轉機構安裝在運動臺上；運動臺安裝在反射鏡水平位移運動導軌上；水平位移測量裝置與反射鏡水平位移運動 導軌相連；太陽模擬器與反射鏡相對應。高度角人工可調的太陽光照模擬方法包括以下步驟步驟一調整太陽模擬器的出射光線方向，使太陽模擬器出射光束平行於水平面照射到反射鏡上，測量太陽模擬器出射光束中心線到太陽跟蹤裝置的垂直距離h值；步驟二 跟據需要的太陽高度角α，計算出反射鏡的水平位移值為X，手動調整反射鏡在水平位移運動導軌上的位移，改變反射鏡的水平位移到X，
hX=-；
tan a步驟三根據需要的太陽高度角α，計算出反射鏡與水平面的傾角β，手動調整反射鏡旋轉調整機構，調整反射鏡與水平面的傾角到β，
η π aβ =---；
2 2得到需要的太陽高度角α的模擬太陽光。本發明的有益效果是在整個太陽光照模擬過程中，太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的運動完全是自主的，待測太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器不需要被太陽光照模擬裝置旋轉或運動，避免了太陽光照模擬過程中太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的可能損傷；進而調節模擬太陽光的高度角，使得太陽光的高度角按照預期變化，實現高度角人工可調的太陽光照模擬。
圖I為本發明高度角人工可調的太陽光照模擬裝置的結構示意圖。圖2為本發明高度角人工可調的太陽光照模擬裝置的工作原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的技術方案。如圖I所示，本發明提供的高度角人工可調的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器7，該裝置還包括反射鏡I、傾角測量裝置2、反射鏡旋轉機構3、運動臺4、反射鏡水平位移運動導軌5、水平位移測量裝置6、反射鏡旋轉調整機構8 ;反射鏡I安裝在反射鏡旋轉機構3上,傾角測量裝置2與反射鏡I相連；反射鏡旋轉調整機構8安裝在反射鏡旋轉機構3的一端；反射鏡旋轉機構3安裝在運動臺4上；運動臺4安裝在反射鏡水平位移運動導軌5上；水平位移測量裝置6與反射鏡水平位移運動導軌5相連；太陽模擬器7與反射鏡I相對應。反射鏡1，用於調整模擬太陽光的傾角，使模擬太陽光入射到太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器光電反饋元件的視場內。傾角測量裝置2，可完成反射鏡I與水平面傾角測量及顯示等功能。反射鏡旋轉機構3，用來調整反射鏡I與水平面的傾角。 運動臺4，可以在反射鏡水平位移運動導軌5上相對滑動，用來改變反射鏡I的水平位移；運動臺4承載有反射鏡I、傾角測量裝置2、反射鏡旋轉機構3、反射鏡旋轉調整機構8，共同完成位移運動。水平位移測量裝置6，可完成位移測量和位移顯示等功能。太陽模擬器7，用來提供模擬的太陽光入射到反射鏡I。本發明提出的高度角人工可調的太陽光模擬裝置及方法，不採用移動被測太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的方法來改變模擬太陽光的高度角，而是採用改變反射鏡位移及其傾角的方法。結合圖I和圖2，本發明提供的高度角人工可調的太陽光照模擬方法，採取以下步驟步驟一調整太陽模擬器7的出射光線方向，使太陽模擬器7出射光束平行於水平面照射到反射鏡I上，測量h值，h為太陽模擬器7出射光束中心線到太陽跟蹤裝置或太陽跟蹤器光電反饋元件表面的垂直距離；步驟二 跟據需要的太陽高度角α，計算出反射鏡I的水平位移值為X，手動調整反射鏡在水平位移運動導軌上的位移，改變反射鏡I的水平位移到X，
hX =-；
Xma步驟三根據需要的太陽高度角α，計算出反射鏡I與水平面的傾角β，手動調整反射鏡旋轉調整機構8，調整反射鏡I與水平面的傾角到β，
η Tl CCβ ----；
2 2通過上面三個步驟的調整，最後可以提供所需高度角α的模擬太陽光進入待測太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的光電反饋元件(光電池、光電二極體、CCD等成像器件)的視場中。根據本發明的高度角人工可調的太陽光模擬裝置及方法，模擬太陽光變化貼近待測太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的工作條件，太陽光照模擬試驗直觀，有利於太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器開發人員調試、測試太陽跟蹤設備或太陽跟蹤器的各個模塊，具有廣泛的應 用空間。
權利要求
1.高度角人工可調的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器(7)，其特徵在於，該裝置還包括反射鏡(I)、傾角測量裝置(2)、反射鏡旋轉機構(3)、運動臺(4)、反射鏡水平位移運動導軌(5)、水平位移測量裝置(6)、反射鏡旋轉調整機構(8);反射鏡(I)安裝在反射鏡旋轉機構(3)上，傾角測量裝置(2)與反射鏡(I)相連；反射鏡旋轉調整機構(8)安裝在反射鏡旋轉機構(3)的一端；反射鏡旋轉機構(3)安裝在運動臺(4)上；運動臺(4)安裝在反射鏡水平位移運動導軌(5)上；水平位移測量裝置(6)與反射鏡水平位移運動導軌(5)相連；太陽模擬器(7 )與反射鏡(I)相對應。
2.高度角人工可調的太陽光照模擬方法，其特徵在於包括以下步驟 步驟一調整太陽模擬器(7)的出射光線方向，使太陽模擬器(7)出射光束平行於水平面照射到反射鏡(I)上，測量太陽模擬器(7)出射光束中心線到太陽跟蹤裝置的垂直距離h值； 步驟二 根據需要的太陽高度角α，計算出反射鏡(I)的水平位移值為X，手動調整反射鏡在水平位移運動導軌上的位移，改變反射鏡(I)的水平位移到X，
全文摘要
高度角人工可調的太陽光照模擬裝置及方法，屬於太陽跟蹤器檢測技術領域，本發明裝置反射鏡安裝在反射鏡旋轉機構上，傾角測量裝置與反射鏡相連；反射鏡旋轉調整機構安裝在反射鏡旋轉機構的一端；反射鏡旋轉機構安裝在運動臺上；運動臺安裝在反射鏡水平位移運動導軌上；水平位移測量裝置與反射鏡水平位移運動導軌相連；太陽模擬器與反射鏡相對應；本發明的方法測量太陽模擬器出射光束中心線到太陽跟蹤裝置的垂直距離h值；手動調整反射鏡在水平位移運動導軌上的位移，改變反射鏡的水平位移到x；手動調整反射鏡旋轉調整機構，調整反射鏡與水平面的傾角到β，；得到需要的太陽高度角α的模擬太陽光。
文檔編號G05D3/00GK102819267SQ20121028090
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者王紅睿, 方偉, 王玉鵬, 葉新 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所