CN101842644B - 太阳光跟踪传感器的方位设定、计测、再调整方法以及太阳光聚光装置 - Google Patents

太阳光跟踪传感器的方位设定、计测、再调整方法以及太阳光聚光装置 Download PDF

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Abstract

本发明的太阳光跟踪传感器的方位设定方法能够容易、且高精度地设定太阳光跟踪传感器的方位。在以定日镜(2)而被聚光的反射光的光轴(11)上设置太阳光跟踪传感器(35)，在该导向器(35)的后端部以与上述导向器(35)的导向器轴(C)成为同一轴的方式安装光学望远镜(47)，以设置在该望远镜(47)的视野中的+标记成为聚光目标位置的中心(10a)的方式对太阳光跟踪导向器(35)的姿态进行调整并固定到基座(38)，接着，在上述导向器(35)的后端部代替光学望远镜(47)安装太阳光跟踪传感器(12)。

Description

太阳光跟踪传感器的方位设定、计测、再调整方法以及太阳光聚光装置
技术领域
本发明涉及太阳光跟踪传感器的方位设定方法、光轴偏移计测方法、再调整方法和太阳光聚光装置。
背景技术
作为应用于太阳热发电装置的太阳光聚光装置，已知现有槽型(分散型)聚光装置，塔型(聚光型)聚光装置、和碟型聚光装置这3种聚光装置。
槽型聚光装置是以抛物面镜集聚太阳光，对装入有液体(热介质)的管子(集热管)进行加热的方式。该槽型聚光装置是对应于规模而容易变更设置场所的设计，但集聚的太阳光与塔型聚光装置相比变少，因此温度低，不能期待高效率化。
塔型聚光装置是将被排列在地上的平面镜反射的太阳光集聚到中央的塔，对装入有液体(热介质)的管子(集热管)进行加热的方式。塔型聚光装置虽然需要广大的场所来设置定日镜(heliostat)，但集聚的太阳光多，所以必然地能够使热介质为高温。因此，与其它的聚光装置相比虽然能够实现高效率的发电，但不是大规模的话就不合算。
碟型聚光装置是将被抛物面天线那样形状的曲面镜(dish)反射的太阳光集聚到中央的接收器的以斯特林发动机(利用空气的温度差引起的压力的外燃机)等进行发电的方式。碟型聚光装置虽然能够减小设施的规模，但仍然处于初期水平的研究开发阶段。
如上所述，由于现有的太阳光聚光装置各有长短，或还处于研究开发阶段，因此新提出一种光束下射(beam down)式聚光装置。该光束下射式聚光装置如图9所示，是将在地上1同心圆状地排列的许多定日镜2的反射光3聚光到塔(未图示)的上部，进一步以第二反射镜4对其进行反射而导向地上的方式。
在塔上部设置的反射镜有使用以色列的Weizmann研究所开发的凸面镜(双曲面镜)的方式，和使用东京工业大学碳素循环能源研究中心开发的凹面镜(椭圆镜)的方式，能够利用任一种方式。由此，有不再需要使熔融盐等的热介质向塔上部循环，可以不在塔上部设置用于吸收太阳热的接收器等优点。
被导向地上的太阳光通过被称为CPC(Compound ParabolicConcentrator，复合抛物面聚光器)的二次聚光器5被进一步聚光，用于对熔融盐进行加热。通过利用熔融盐进行蓄热，能够使设备24小时运转。
可是，在设置定日镜姿态控制用的太阳光跟踪传感器的情况下，在现有技术中，如图10和图11所示，首先决定聚光目标位置10的光轴11，之后，使三维方向配合该光轴11来安装太阳光跟踪传感器12。图中，附图标记2是定日镜，13是太阳光跟踪传感器安装架台，S是太阳。
即，在现有技术中，如图12所示那样，采用如下方法，即，在目标聚光轴11上设置测定设备(例如，经纬仪等。)14，进而，在需要的点、例如聚光目标10的中心15、太阳光跟踪传感器的前端部中心16、太阳光跟踪传感器12的后端部中心17、定日镜2的中心18分别附加“标记”，然后，以肉眼M观察经纬仪14，以太阳光跟踪传感器12的传感器轴(未图示)与各标记一致的方式设置太阳光跟踪传感器12。
如上所述，现有的中心设置方法根据测定来决定传感器安装位置，但根据测量来将太阳光跟踪传感器12正确地设置到附加了“标记”的传感器安装位置是困难的。
此外，即使在以上述方法正确地安装了太阳光跟踪传感器的情况下，由于外部干扰(例如风、热、振动等)而在目标光轴中产生紊乱(偏移)，结果导致在聚光性能中产生紊乱，或聚光性能下降。此外，该偏移量的测定需要繁重的作业，例如，为了调查许多定日镜的哪个装置紊乱需要对全部装置进行排查。
此外，在太阳光跟踪传感器的传感器轴和目标光轴之间产生偏移的情况下，需要详细地进行各设备的位置计测而对各设备进行微调整，所以期待作业的改善。
进而，如图13所示，在经由多个镜子进行聚光的情况下，需要调整定日镜2和第二反射镜20的位置和朝向，需要数倍于单独的反射镜的情况下的调整和计测作业。此外，在现有技术中，需要分别测定是太阳光跟踪传感器的位置偏移还是第二反射镜的偏移。在图中，附图标记N表示太阳光照射面。
此外，在现有技术中，如图10和图11所示，为了在定日镜安装基座21设置太阳光跟踪传感器安装架台13，为了避免定日镜2和太阳光跟踪传感器安装架台13的干扰，需要在定日镜面设置切缺部22，导致定日镜2的面积减少。
再有，在太阳光聚光装置的关联技术中，有众多的发明(例如，参照专利文献1和2。)，但没有发现与本申请类似的发明。
专利文献1：日本专利申请特开2004-333003号公报
专利文献2：日本专利申请实公平5-24165号公报
发明内容
本发明要解决的课题
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其第一目的在于提供一种能够高精度且容易地设置太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪传感器的方位设定方法。
本发明的第二目的在于提供一种能够容易地、且高精度地计测老化导致的太阳光跟踪传感器的光轴偏移的太阳光跟踪传感器的光轴偏移计测方法。
本发明的第三目的在于提供一种能够容易地、且高精度地对老化导致的太阳光跟踪传感器的光轴偏移进行再调整的太阳光跟踪传感器的再调整方法。
本发明的第四目的在于提供一种能够避免太阳光跟踪传感器安装架台导致的定日镜的面积减少的太阳光采光装置。
用于解决课题的方案
本发明的第一方面的太阳光跟踪传感器的方位设定方法的特征在于，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在上述光轴上设置太阳光跟踪导向器，以与该太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器的后端部安装光学望远镜，以在该光学望远镜的视野中设置的+标记变为聚光目标位置的中心位置的方式调整上述太阳光跟踪导向器的姿态并固定到安装基座，接着，从太阳光跟踪导向器取下光学望远镜，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器的后端部安装太阳光跟踪传感器。
本发明的第二方面的太阳光跟踪传感器的光轴偏移计测方法的特征在于，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在老化引起的太阳光跟踪传感器的光轴偏移发生时，在安装有上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪导向器的前端部，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式安装激光振荡器，通过该激光振荡器使激光振荡而对聚光目标位置进行标刻，计测标刻点相对于上述光轴的偏移量。
本发明的第三方面的太阳光跟踪传感器的再调整方法的特征在于，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在老化引起的太阳光跟踪传感器的光轴偏移发生时，在安装有上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪导向器的前端部，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式安装激光振荡器，通过该激光振荡器使激光振荡而在聚光目标位置的进行标刻，以标刻点与上述聚光目标位置的中心位置一致的方式对上述太阳光跟踪导向器的姿态进行再调整。
本发明的第四方面的太阳光采光装置中，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制，其特征在于，将支撑上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪传感器安装架台从定日镜设置基座分离，在定日镜设置基座的系统外对其进行设置。
发明的效果
在本发明的第一方面中，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在上述光轴上设置太阳光跟踪导向器，以与该太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器的后端部安装光学望远镜，以在该光学望远镜的视野中设置的+标记变为聚光目标位置的中心位置的方式调整上述太阳光跟踪导向器的姿态并固定到安装基座，接着，从太阳光跟踪导向器取下光学望远镜，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器的后端部安装太阳光跟踪传感器，因此不需要像现有技术那样使用经纬仪等将太阳光跟踪导向器设置在光轴上，与现有技术相比能够容易地、且高精度地将太阳光跟踪导向器设置在光轴上。
在本发明的第二方面中，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在老化引起的太阳光跟踪传感器的光轴偏移发生时，在安装有上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪导向器的前端部，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式安装激光振荡器，通过该激光振荡器使激光振荡而对聚光目标位置进行标刻，计测标刻点相对于上述光轴的的偏移量，因此不需要繁重的劳力，就能够容易地、且高精度地对太阳光跟踪传感器的光轴偏移进行测定。
在本发明的第三方面的太阳光跟踪传感器的再调整方法中，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在老化引起的太阳光跟踪传感器的光轴偏移发生时，在安装有上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪导向器的前端部，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式安装激光振荡器，通过该激光振荡器使激光振荡而在聚光目标位置的进行标刻，以标刻点与上述聚光目标位置的中心位置一致的方式对上述太阳光跟踪导向器的姿态进行再调整，因此能够容易地、且高精度地对老化导致的太阳光跟踪传感器的光轴偏移进行再调整。
在本发明的第四方面的太阳光采光装置中，在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上设置太阳光跟踪传感器，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制，其中，将支撑上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪传感器安装架台从定日镜设置基座分离，在定日镜设置基座的系统外对其进行设置，因此能够避免太阳光跟踪传感器安装架台和定日镜的干扰，能够避免太阳光跟踪传感器安装架台的安装位置引起的定日镜面的面积减少。此外，根据本发明，通过从定日镜设置基座分离太阳光跟踪传感器安装架台，从而能够容易地实现太阳光跟踪传感器的安装位置的调整。
附图说明
图1是本发明的太阳光聚光装置的侧面图。
图2是表示图1的A部的太阳光跟踪导向器和安装在该导向器的各种设备的关联的说明图。
图3是表示太阳光跟踪导向器的设置方法的平面图。
图4是表示太阳光跟踪导向器的调整方法的平面图。
图5是表示太阳光跟踪导向器的调整方法的侧面图。
图6是表示太阳光跟踪导向器的设置方法的侧面图。
图7是表示激光振荡器的设置方法的侧面图。
图8是表示对标刻点的偏移量进行测定的测定方法的正面图。
图9是光束下射型太阳发电方式的说明图。
图10是现有的太阳光聚光装置的平面图。
图11是现有的太阳光聚光装置的侧面图。
图12是表示现有的太阳光跟踪传感器的设置方法的说明图。
图13是表示有第二反射镜的情况下的设置作业等的难度的说明图。
附图标记说明
2 定日镜
10a 聚光目标位置的中心位置
11 光轴
12 太阳光跟踪传感器
35 太阳光跟踪导向器
38 安装基座
47 光学望远镜
C 太阳光跟踪导向器的导向器轴
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
图1中图示有平板型的定日镜，但所谓T-bone型的定日镜也能够适合。
如图1所示，在本发明关联的太阳光聚光装置30中，太阳光聚光用的多个定日镜2经由定日镜基座24设定在旋转台25上。安装在定日镜2的镜子，本来希望是以具有圆锥曲线的三维曲面来制作，但从制作成本的提高、难以保持精度等的理由出发，以小镜子(faset，小平面)模拟地配合圆锥曲线来进行制作。
上述旋转台25和在其下表面设置的大齿轮26一起在顺时针方向或逆时针方向上旋转。固定在旋转台25的下表面的大齿轮26在固定盘27上旋转自由地设置。与大齿轮26啮合的小齿轮28通过设置在旋转台25的电动马达29而被驱动。
多个定日镜2通过连结链31而相互连结，同时进行俯仰。定日镜2的俯仰通过安装在定日镜2的背面的圆弧状的齿轮32、和设置在定日镜基座24的副齿轮(pinion)33的啮合来进行。
太阳光跟踪导向器(guide)35位于中央的定日镜2的斜上方，以与设定光轴11成为同一轴的方式设置。该太阳光跟踪导向器35位于形成为门形状的太阳光跟踪传感器安装架台36的水平框36a的中央。因此，太阳光跟踪导向器35容易进行沿着水平框36a的左右方向的位置对准。在该太阳光跟踪传感器安装架台36中，两侧的支柱部36b立设于旋转台25的两侧。
如图2所示，太阳光跟踪导向器35是具有规定长度的圆筒体，安装在太阳光跟踪导向器安装台37。该太阳光跟踪导向器安装台37通过安装基座38、和在其上旋转自由地搭载的支撑体39形成。附图标记O1是支撑体39的旋转中心轴，相对于安装基座38垂直。
上述太阳光跟踪导向器35以经由设置在其两侧的悬臂轴40而俯仰自由地安装在支撑体39，但能够通过对设置在支撑体39的托架41的螺栓等的紧固构件42进行紧固，从而固定在规定的迎角θ。此外，该支撑体39通过对设置在旋转板43的周围的螺栓等的紧固构件44进行紧固，能够以旋转中心轴O1为中心固定在规定的旋转角度。
太阳光跟踪导向器35在其后端部具有凸起状的连结构件46。该连结构件46用于安装太阳光跟踪传感器12或光学望远镜(例如，观鸟望远镜(fieldscope)。)47，通过在其周围设置的螺栓等的紧固构件48，以使太阳光跟踪传感器12、或观鸟望远镜47与太阳光跟踪导向器35的导向器轴49成为同一轴的方式进行固定。另一方面，在太阳光跟踪导向器35的前端部能够安装激光振荡器50。
接着，对本发明的太阳光跟踪传感器的方位设定方法、计测方法和再调整方法进行说明。
(A)太阳光跟踪传感器的方位设定方法
在通过定日镜而被聚光的光束的光轴上设置太阳光跟踪传感器的情况下，如图3所示，首先，以太阳光跟踪导向器35的导向器轴C位于光轴11上的方式，在太阳光跟踪传感器安装架台36的规定位置设置太阳光跟踪导向器35。
接着，如图4和图5所示，以与太阳光跟踪导向器35的导向器轴C成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器35的后端部安装光学望远镜47。然后，以肉眼M观察光学望远镜47，以在视野中设置的+标记(正标记)变为聚光目标位置10的中心位置10a的方式对太阳光跟踪导向器35的姿态进行微调整，固定在已经说明的安装基座(参照图2)。
然后，从太阳光跟踪导向器35取下光学望远镜47，代替其以与太阳光跟踪导向器35的导向器轴C成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器35的后端部设置太阳光跟踪传感器12(参照图6)。
之后，以通过定日镜2聚集的光束6的光轴11与太阳光跟踪导向器35的导向器轴C成为一致的方式，通过太阳光跟踪传感器12对定日镜2的朝向进行计算机控制。
(B)太阳光跟踪传感器的光轴偏移计测方法和再调整方法
在从设置起经过数年或十几年而产生老化导致的太阳光跟踪传感器的光轴偏移的情况下，如图7所示，在安装有太阳光跟踪传感器12的太阳光跟踪导向器35的前端部，以与太阳光跟踪导向器35的导向器轴C成为同一轴的方式安装激光振荡器50。
然后，通过激光振荡器10对激光7进行振荡，以图8的方式在聚光目标位置10进行标刻，在聚光目标位置10对标刻点8的从光轴11(例如，聚光目标位置10的中心位置10a)起的偏移量(例如，标刻点8的偏移量δX，δY。)进行计测。该计测作业在没有太阳光的夜间进行。
然后，以标刻点8与聚光目标位置10的中心位置10a一致的方式，对太阳光跟踪导向器35的姿态进行再调整。

Claims (3)

1.一种太阳光跟踪传感器的方位设定方法，其特征在于，
在将太阳光跟踪传感器设置在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在上述光轴上设置太阳光跟踪导向器，以与该太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器的后端部安装光学望远镜，以在该光学望远镜的视野中设置的+标记变为聚光目标位置的中心位置的方式调整上述太阳光跟踪导向器的姿态并固定到安装基座，接着，从太阳光跟踪导向器取下光学望远镜，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴成为同一轴的方式在太阳光跟踪导向器的后端部安装太阳光跟踪传感器。
2.一种太阳光跟踪传感器的光轴偏移计测方法，其特征在于，
在将太阳光跟踪传感器设置在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在老化引起的太阳光跟踪传感器的光轴偏移发生时，在安装有上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪导向器的前端部，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴变成同一轴的方式安装激光振荡器，通过该激光振荡器使激光振荡而在聚光目标位置进行标刻，计测标刻点相对于上述聚光目标位置的光轴的偏移量。
3.一种太阳光跟踪传感器的再调整方法，其特征在于，
在将太阳光跟踪传感器设置在通过定日镜而被聚光的反射光的光轴上，通过该太阳光跟踪传感器对定日镜的姿态进行自动控制之际，在老化引起的太阳光跟踪传感器的光轴偏移发生时，在安装有上述太阳光跟踪传感器的太阳光跟踪导向器的前端部，以与太阳光跟踪导向器的导向器轴变成同一轴的方式安装激光振荡器，通过该激光振荡器使激光振荡而在聚光目标位置的进行标刻，以标刻点与上述聚光目标位置的中心位置一致的方式对上述太阳光跟踪导向器的姿态进行再调整。
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