對日光反射裝置進行精確控制的方法和系統的製作方法
2023-09-17 07:39:15
專利名稱：對日光反射裝置進行精確控制的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽光能量收集和利用技術領域，具體涉及一種日光反射和聚集系統中對日光反射裝置進行精確控制的系統及方法。
背景技術：
隨著經濟和工業發展，對能源的需求越來越多，尤其是電能是工業和人們生活中不可或缺的能源。傳統發電方式，例如，煤炭發電因為對煤礦依賴性太強，而煤炭是不可再生資源且汙染較大，煤炭發電等傳統的發電模式已經不能滿足工業和經濟發展的需要。為此，清潔、可再生的能源越來越受到人們重視，而在眾多清潔能源中，太陽能因其覆蓋面廣， 即有陽光的地方即可利用、而佔有更重要的作用，因而被廣泛應用在發電和發熱領域中。在太陽光能量收集和利用系統中，塔式太陽光能量收集器是其中一種重要的方式。請參閱
圖1，塔式太陽光能量收集系統包括放置在高塔(也可稱接收塔)上的太陽光能量收集器11、高塔周圍地面上鋪設數千個以至數萬個的日光反射裝置12，計算機控制子系統和機電轉動裝置。計算機控制子系統利用機電轉動裝置控制該些日光反射裝置12 自動跟蹤太陽，並將太陽的光線反射到位於接收塔頂部的太陽光能量收集器11。利用數千個以至數萬個的日光反射裝置12將太陽輻射能聚焦到置於接收塔頂部的太陽光能量收集器11上，使其中的介質沸騰，由此所產生的蒸汽來驅動汽輪發電機，進而實現發電的功效； 或利用沸騰的介質來加熱其它工業原料；或將產生的熱量給民用供熱。因此，當太陽軌跡隨著時間變化時，必須精確控制日光反射裝置12的轉動角度以跟蹤太陽的變化，從而實現對太陽能資源的高效利用。目前日光反射和聚焦系統中日光反射裝置軌跡的控制方法主要有以下幾種
(1)開環控制計算機控制子系統根據當地的地理信息和指定時間計算出太陽的位置 (高度角和方位角)，再計算出將太陽光線始終反射到太陽光能量收集器上，日光反射裝置繞兩軸應轉動的角度(高度角和方位角)，最後通過驅動機電轉動裝置實現日光反射裝置對太陽的跟蹤。這種方法要求使用高精度和高成本的機電轉動裝置，無法克服太陽軌跡計算中的建模誤差、機電轉動裝置的誤差以及日光反射裝置安裝和加工上的誤差。(2)開環控制、定期校正的方式和上述開環控制一樣，根據當地的地理信息和指定的時間計算出太陽的位置，再計算日光反射裝置跟蹤太陽繞兩軸應轉動的角度，最後通過驅動機電轉動裝置實現日光反射裝置對太陽的跟蹤。為了克服開環控制中存在的太陽軌跡計算誤差、機電轉動裝置誤差和日光反射裝置加工和安裝上的誤差問題，因此採用照相成像技術，定時對指定的一塊日光反射裝置來進行校正。具體方法是調整需要校正的這個日光反射裝置的角度，使它對準照相機，拍下此時的照片，採用圖像設別的方法計算出成像的情況，並對此塊日光反射裝置進行校正。這種方法需要在太陽光能量聚集系統中的日光反射裝置中間增加照相系統，還需要進一步對照相得到的成像情況進行圖像設別，一次只能對一個日光反射裝置進行校正，對於一個大型的太陽光能量聚集系統而言，有著成千上萬的反射裝置，不能及時對每塊日光反射裝置進行誤差校正以及實現閉環控制。
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(3)閉環控制日光反射裝置的計算機控制子系統根據當地的地理信息和指定時間計算出太陽的位置(高度角和方位角)，再計算出將太陽光線始終反射到太陽光能量收集器上，日光反射裝置繞兩軸應轉動的角度，發出控制命令，通過驅動機電轉動裝置實現日光反射裝置角度的轉動。但由於有太陽軌跡計算誤差、機電轉動裝置誤差和其它幹擾，當日光反射裝置繞兩軸轉動以後，該日光反射裝置在太陽光能量收集器的光斑位置和光斑的設定位置之間一定存在偏差。通過檢測日光反射裝置在中心吸熱器上光斑的位置和設定的光斑位置之間的偏差，進一步調整日光反射裝置的兩軸轉動角度，直到日光反射裝置在中心吸熱器上的光斑位置到達設定要求，這樣的控制過程稱日光反射裝置的閉環控制。閉環控制是日光反射裝置控制的發展趨勢，目前商業系統應用的很少，原因是一、因為在中心吸熱器上同時有成千上萬個日光反射裝置的光斑，因此，無法對單獨一個日光反射裝置在中心吸熱器光斑位置進行測量。為了實現閉環控制，若需要在每個日光反射裝置上通過增加其它複雜的機電裝置或者複雜的光電檢測系統來間接測量光斑的位置，必定會增加投資成本和運行成本，影響太陽光能量的利用率。如何實現日光反射裝置的低成本，高精度，高可靠的控制一直是塔式太陽光能量聚集系統中急待解決的關鍵技術。
發明內容
本發明的目的在於提供一種對日光反射裝置進行精確控制的方法，以解決現有技術中很難做到成本低且精度高的技術缺陷。本發明的另一目的在於提供了一種日光反射和聚集系統，以解決現有技術中很難做到成本低且精度高的技術缺陷。一種對日光反射裝置進行精確控制的方法，包括以下步驟
(1)在日光反射裝置的中間、或周圍、或太陽光能量收集器的下方設置若干光斑參照系統，並設置若干用以採集所述光斑參照系統上信息的圖像採集裝置；
(2)通過圖像採集裝置多次採樣日光反射裝置在光斑參照系統上的成像位置，先計算該日光反射裝置的校正誤差係數；
(3)利用校正誤差係數計算出當前所述日光反射裝置當前需要調整的角度信息，使得太陽軌跡發生變化時保持太陽光線反射到太陽光能量收集器上。步驟(2)中通過圖像採集裝置多次採樣日光反射裝置在光斑參照系統上的成像位置，其中每一次採樣步驟為
轉動需要採樣的日光反射裝置的高度角和方位角，使該日光反射裝置的反射光線成像在某一光斑參照系統上；
保存採樣的次數N、採樣的時間t、太陽高度角
K、太陽方位角代、日光反射裝置的方位角、日光反射裝置的高度角Λ、太陽反射光在光斑參照系統上的成像中心位置( !,/^ )。較佳地採樣若干次，每一次採樣分別保存採樣的次數N、採樣的時間t、太陽高度角 太陽方位角d日光反射裝置的方位角錢、日光反射裝置的高度角^、太陽反射光在
光斑參照系統上的成像中心位置。並且，步驟O)中計算該日光反射裝置的校正誤差係數進一步為A 獲得每一次採樣後的非線性式子，具體為 Al 獲得該日光反射裝置的反射面中心位置( , , )；
Α2 根據
權利要求
1.一種對日光反射裝置進行精確控制的方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)在日光反射裝置的中間、或周圍、或太陽光能量收集器的下方設置若干光斑參照系統，並設置若干用以採集所述光斑參照系統上信息的圖像採集裝置；(2)通過圖像採集裝置多次採樣日光反射裝置在光斑參照系統上的成像位置，先計算該日光反射裝置的校正誤差係數；(3)利用校正誤差係數計算出當前所述日光反射裝置當前需要調整的角度信息，使得太陽軌跡發生變化時保持太陽光線通過該日光反射裝置反射到太陽光能量收集器指定的位置上。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中通過圖像採集裝置多次採樣日光反射裝置在光斑參照系統上的成像位置，其中每一次採樣步驟為轉動需要採樣的日光反射裝置的高度角和方位角，使該日光反射裝置的反射光線成像在某一光斑參照系統上；保存採樣的次數N、採樣的時間t、太陽高度角K、太陽方位角民、日光反射裝置轉動的方位角、日光反射裝置轉動的高度角&2、太陽反射光在光斑參照系統上的成像中心位置( !,。
3、如權利要求2所述的力法其特徵在於，採樣若干次，每一次採樣分別保存採樣的次數N、採樣的時間t、太陽高度角太陽方位角烤、日光反射裝置轉動的方位角4、日光反射裝置轉動的高度角^；、太陽反射光在光斑參照系統上的成像中心位置Oadih1)。
4、如權利要求3所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中計算該日光反射裝置的校正誤差係數進一步為A 獲得每一次採樣後的非線性式子，具體為Al 獲得該日光反射裝置的反射面中心點的位置( , , )；A2 根據光斑中心點位置( Ja,Q1)和(V^A),計算出該日光反射裝置面中心點指向光斑中心點的反射光線的單位向量 A3 根據
5、如權利要求4所述的方法，其特徵在於，步驟(3)進一步包括 =Cos(Ai)CosCMl:獲得當前太陽高度角和太陽方位角，後根據)
6、一種對日光反射裝置進行精確控制的太陽光能量收集和利用系統，其中包括設置在高塔塔頂的一太陽光能量收集器和高塔周圍地面上鋪設的若干日光反射裝置、並且，針對每一日光反射裝置設置用於支撐該日光反射裝置的支撐機構以及用以驅動該日光反射裝置轉動的機電轉動裝置，其特徵在於，本系統還包括若干光斑參照系統設置在日光反射裝置的中間、或周圍、或太陽光能量收集器的下方；若干圖像採集裝置用以採集所述光斑參照系統上光斑或者其它類型的圖像； 控制計算機子系統對於每一日光反射裝置，先通過圖像採集裝置多次採樣該日光反射裝置在光斑參照系統上的成像位置，再計算該日光反射裝置的校正誤差係數；後可利用校正誤正係數來計算出當前所述日光反射裝置當前需要調整的角度信息，並控制機電轉動裝置調整，使得太陽軌跡發生變化時保持太陽光線反射到太陽光能量收集器指定的位置上。
7、如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述圖像採集裝置為照像裝置。
全文摘要
一種對日光反射裝置進行精確控制的方法，包括以下步驟(1)在日光反射裝置的中間、或周圍、或太陽光能量收集器的下方設置若干光斑參照系統，並設置若干用以採集所述光斑參照系統上信息的圖像採集裝置;(2)通過圖像採集裝置多次採樣日光反射裝置在光斑參照系統上的成像位置，先計算該日光反射裝置的校正誤差係數;(3)利用校正誤差係數計算出所述日光反射裝置當前需要調整的角度信息，使得太陽軌跡發生變化時保持太陽光線通過該日光反射裝置反射到太陽光能量收集器指定的位置上。
文檔編號G05D3/12GK102411375SQ201010286860
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者祝雪妹, 金建祥, 陳煜達, 黃文君 申請人:浙江中控太陽能技術有限公司