CN102197267B - 太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置，实现在太阳光的聚光点（焦点）不产生偏移的具有高聚光率的高太阳光聚光效率，并且，不利用旋转机构进行旋转，所以能够实现高面积配置效率。一种定日镜控制方法，使具有多个反射镜的太阳光聚光用定日镜追踪移动的太阳，并且，对太阳光进行反射并聚光到预先确定的焦点，包括如下工序：调整所述多个反射镜，使得在预先确定的距离具有焦点；进行控制，使得由以分别联动地偏斜的方式构成的所述多个反射镜追踪太阳，并且，所述反射镜的反射光在任意的点具有焦点，其中，一边维持使各个所述反射镜的预定点的坐标固定的状态，一边使各个反射镜联动地动作。

Description

太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及用于追踪太阳并将反射光聚光到任意的点（焦点）上的太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置。
背景技术
近年来，石油资源的枯竭及其价格的高涨令人忧虑，此外，正在研究从作为地球温暖化的原因之一的石油资源向新的能源转移。作为新的能源之一，有对太阳光进行聚光以作为能量来使用的太阳热发电。
在该太阳热发电中，对太阳光进行聚光的定日镜由多个反射镜（小平面镜）构成，以将太阳光向受热部等反射、聚光并且利用该热进行发电的方式构成，或者构成为由大型反射镜（中央反射器）再次反射被小平面镜反射的反射光并聚光到受热部的中央反射器型太阳热发电设备。此处，为了提高发电效率，提出了将定日镜做成追踪太阳光的移动的结构的发明（例如，参照专利文献1）。
图14表示在太阳热发电中所使用的定日镜的一例的侧面图，现有型定日镜5具有多个小平面镜20，在旋转机构45上，设置有多台（在图14中为3台）将所述小平面镜20设置在架台47上而构成的结构。所设置的小平面镜20的底座由联杆机构46连结，现有型定日镜5利用该联杆机构46进行起伏44的动作，利用所述旋转机构45进行旋转43的动作。利用该动作，现有型定日镜5追踪太阳并将太阳光反射、聚光到任意的位置（例如，太阳热发电中的受热部或者反射镜等）。 
图15是表示搭载在现有型定日镜5上的小平面镜20的样子的平面示意图，通常多个小平面镜20按一定个数（在图15中为14个）组合设置。此处记载的小平面镜20的一边为450mm左右。
现有技术
专利文献
专利文献1: 日本特开2004-37037号公报。
发明内容
发明要解决的课题 
但是，对于专利文献1所记载的定日镜来说，如专利文献1的图3所示，是通过在X轴上以及Y轴上旋转从而追踪太阳光的结构，以所述定日镜的X轴以及Y轴的交点为中心使小平面镜移动，所以，具有如下问题：产生各小平面镜的反射光所形成的焦点的位置发生偏移的现象（彗形像差），聚光效率降低。图14所示的所述现有型定日镜5也同样，具有如下问题：为了以旋转机构45的中心为基点进行旋转43，位于从中心离开的位置上的小平面镜20的焦距发生偏移。
关于该焦点发生偏移的现象（彗形像差），参照图8以及图9进行说明。图8表示在定日镜5中设置有多个（在图8中为三个）小平面镜20的示意图，示出以起伏旋转中心O为基点使定日镜进行动作的样子。
预先调整并设置小平面镜20的角度，使得反射从太阳40照射的太阳光S，使反射光R例如在受热部或者反射镜等上形成焦点F。图9是表示太阳40移动时的样子，太阳40进行移动，由此，照射到小平面镜20上的太阳光S的角度发生变化，伴随于此，为了修正聚光的焦点位置，定日镜5进行旋转以及起伏的动作。
此时，以所述起伏旋转中心O为基点进行定日镜2的旋转或起伏，所以，图9所示的左侧的小平面镜20向图的上方移动小平面镜的移动距离d，同样，右侧的小平面镜20也向图的下方移动小平面镜的移动距离d。因此，如图9所示，反射光R不在受热部等的应该成为焦点F的位置形成焦点，成为反射光R从焦点扩散了移动距离e的状态。将该现象称为彗形像差，即使在设置定日镜5时以反射光R在焦点F相交的方式进行了调整，由于旋转以及起伏的动作，也导致反射光R在焦点F变为不相交。
由于上述彗形像差而导致聚光效率下降，特别是，在以数百台、数千台的规模利用所述定日镜的太阳热发电的设备中具有如下问题：集光效率的下降导致设备的发电效率大幅下降。
因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置，实现在太阳光的聚光点（焦点）不发生偏移的太阳光的高聚光率，并且通过做成不进行利用旋转机构的旋转的结构，从而实现高面积配置效率。
此外，做成在向太阳热发电设备安装时能够容易进行安装以及小平面镜的调整操作的设备结构，从而实现安装施工的成本降低，进而提供高效率的太阳热发电设备。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供一种定日镜控制方法，使具有多个反射镜的太阳光聚光用定日镜追踪移动的太阳，并且，反射太阳光并聚光到预先确定的焦点，其特征在于，包括如下工序：调整所述多个反射镜，使得在预先确定的距离具有焦点；进行控制，使得由以分别联动地偏斜的方式构成的所述多个反射镜追踪太阳，并且，所述反射镜的反射光在任意的点具有焦点，一边维持使各个所述反射镜的预先确定的点的坐标固定的状态，一边使各个反射镜联动地进行动作。
根据该结构，成为多个小平面镜的每一个具有使小平面镜起伏以及旋转（偏斜）时的中心的控制，所以，能够抑制彗形像差的产生。即，如图10所示，各个小平面镜20以具有起伏以及旋转的中心的方式构成，由此，小平面镜的移动距离d为零，由于是这样的控制方法，所以，能够防止彗形像差的产生。
此外，以使多个小平面镜联动地追踪太阳的方式进行控制，由此，在初始阶段以在任意的位置具有焦点的方式进行调整，之后，能够容易对其进行维持。
此处，在太阳热发电中进行控制，使得相对于太阳（光源）的移动使反射光所形成的焦点的位置保持恒定，但是，使上述的焦点移动的控制和原理是同样的。
在上述的定日镜控制方法中，其特征在于，一边维持使各个所述反射镜的中心的坐标固定的状态，一边使各个反射镜联动地进行动作。
根据该结构，由于将小平面镜的中心作为起伏以及旋转（偏斜）的中心，所以，甚至能够抑制在小平面镜的端部产生的彗形像差。在本发明中，对于小平面镜来说，假定为边长450mm至1000mm的正方形的小平面镜，但是，例如使小平面镜的起伏旋转中心为小平面镜的角部的情况下，从起伏旋转中心至另一端的角部的距离变大，产生了小平面镜的移动距离d。
相对于此，在该控制方法中，将小平面镜的中心作为起伏旋转中心，并且，使小平面镜的移动距离d极力接近于零，所以，能够将彗形像差的产生抑制在极小的范围。 
在上述的定日镜控制方法中，其特征在于，由多个所述反射镜形成的焦点以抑制彗形像差的方式在具有任意半径的天球面上移动。
在上述的定日镜控制方法中，其特征在于，由不同的两个联杆机构联动地控制多个所述反射镜的方向。
根据该结构，利用至少不同的两个具有不同的矢量方向的联杆机构，同时对多个小平面镜进行为了将反射光引导到任意方向而进行的小平面镜的控制，所以，能够以简单的机构容易且可靠地实现小平面镜的姿态控制。
为了实现上述目的，本发明提供一种多个反射镜以具有焦点的方式排列构成的太阳光聚光用定日镜，其特征在于，将多个反射镜经由各个偏斜机构设置在各个架台上，利用两个不同方向的第一轴联杆（X轴联杆）以及第二轴联杆（Y轴联杆）连结多个所述偏斜机构，利用所述联杆使所述多个偏斜机构联动而改变方向。
根据该结构，利用第一轴联杆以及第二联杆的不同方向的两个轴连结多个偏斜机构，所以，能够容易进行控制，使得使多个小平面镜同时偏斜，并且，仍然维持反射光的焦点。
在上述的定日镜中，其特征在于，所述第一轴联杆（X轴联杆）以及第二轴联杆（Y轴联杆）是棒状的联杆，设置在彼此相交成直角的方向上，并且，分别与驱动装置连接，对所述驱动装置进行控制，由此，经由各个联杆以及偏斜机构能够使所述多个反射镜的焦点位置移动。
根据该结构，利用第一轴联杆（X轴联杆）以及第二轴联杆（Y轴联杆）正交的联杆将多个偏斜机构连结，所以，计算所述驱动装置的动作量和焦点的移动距离的关系变得容易，能够容易进行小平面镜的自身控制。进而，利用棒状的联杆，由此，能够确保小平面镜的可动区域较宽，特别是，在大型的太阳热发电设备中，由于能够在较宽的范围内追踪太阳的移动，所以，能够提高发电效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种太阳热发电设备，其特征在于，配置多台上述的定日镜，将太阳光聚光到以熔融盐为热介质的受热部，由此，进行太阳热发电。
根据该结构，能够提高太阳热发电设备中的定日镜的设置的面积效率，并且，使反射光集中到受热部或者反射镜等上，所以，能够提供发电效率极高的太阳热发电设备。此外，由于利用两轴的联杆机构进行多个小平面镜的偏斜，所以，能够容易进行向设置太阳热发电设备的现场搬运和安装器材，所以，能够降低发电设备的安装成本。
发明的效果 
根据本发明的定日镜的控制方法及其装置，能够提供太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置，实现在太阳光的聚光点（焦点）不发生偏移的太阳光的高聚光率，做成不利用旋转机构进行旋转的结构，由此，实现高面积配置效率。
此外，做成在向太阳热发电设备上安装时能够容易进行安装以及小平面镜的调整操作的设备结构，由此，实现安装施工的成本降低，进而，提供高效率的太阳热发电设备。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的部分放大图。
图2是本发明的第一实施例的概要图。
图3是本发明的第二实施例的侧面图。
图4是本发明的第二实施例的侧面图。
图5是本发明的第三实施例的侧面图。
图6是表示本发明的第三实施例的动作时的样子的概要图。
图7是本发明的第四实施例的侧面图。
图8是表示现有的定日镜的太阳光和反射光的关系的概要图。
图9是表示现有的定日镜的彗形像差的产生的概要图。
图10是表示本发明的定日镜的太阳光和反射光的关系的概要图。
图11是表示本发明的定日镜的焦点的移动轨迹的概要图。
图12是利用了本发明的定日镜的太阳热发电设备的概要图。
图13是利用了现有的定日镜的太阳热发电设备的概要图。
图14是表示现有的定日镜的概要图。
图15是表示设置在现有的定日镜中的小平面镜的平面概要图。
具体实施方式
以下，参照附图具体地对本发明的实施方式进行说明。
实施例1 
图1表示作为本发明的第一实施例的定日镜1A的部分放大图，图2表示由9个小平面镜20构成的定日镜1A的立体图。各小平面镜20利用小平面镜保持架19固定在偏斜机构10A上，所述偏斜机构10A设置在架台16A上。此外，所述偏斜机构16A在X轴方向上分别经由X轴臂部13利用X轴联杆11A连结起来，在Y轴方向上经由万向节15以及汽缸机构14A利用Y轴联杆12A连结起来，并且彼此联动地进行动作。此处，对于所述小平面镜20来说，预先利用小平面镜保持架19调整安装角度，使得在任意的点具有焦点。
图2是表示组合多个小平面镜20作为定日镜1A的情况的一例，此处，在X轴方向以及Y轴方向上分别利用联杆将9个小平面镜20连结起来，在该联杆的端部，分别连结有X轴驱动装置17以及Y轴驱动装置18。
使该驱动装置17、18动作，从而使联杆机构动作，利用两个轴控制小平面镜20的倾斜度。小平面镜20预先被调整为在任意的点具有焦点，从该状态利用联杆机构使所有的小平面镜20同时进行动作，由此，能够使反射光保持结成焦点的状态不变，仅使该焦点的位置移动。由此，例如在太阳热发电设备中，即使太阳移动，反射光也始终在受热部或者反射镜等上具有焦点，所以，能够提供不发生彗形像差或者彗形像差最小而发电效率极高的设备。
此外，如图2所示那样构成联杆机构，由此，小平面镜20的可动区域较大，在太阳热发电设备中，能够使可追踪太阳的范围变大，能够提高发电效率。进而，改变偏斜机构10A的形状，从而能够使小平面镜20在所有方向都能够偏斜接近90度。特别是，在边长数百米以上的尺寸的正方形的巨大太阳热发电设备中，需要使小平面镜20倾斜很大，此外，若小平面镜20的可动区域变大，则能够降低设置受热部或者反射镜等的位置，所以，能够实现太阳热发电设备的建造费用的成本降低。
实施例 2 
图3是表示作为本发明的第二实施例的定日镜1B的正面概要图，图4表示侧面概要图。定日镜1B以如下方式构成：在下方具有偏斜机构10B的小平面镜20以Y轴联杆12B为中心在图3所示的左右方向旋转。多个偏斜机构10B利用作为联杆机构的X轴联杆11B连结在一起，连结位于图3的左右方向（X轴方向）上的多个小平面镜20，联动地进行起伏。
此外，如图4所示，与图3的X轴方向垂直的Y轴方向（相对于图3的纸面的内部近前方向或者图4的左右方向）的起伏能够利用从多个小平面镜20分别连结到Y轴联杆12B上的联杆来实现。
根据该实施例，能够紧凑地形成联杆机构，所以，能够减小定日镜1B自身的结构，伴随于此，能够削减定日镜1B的制造以及搬运成本。
实施例 3 
图5表示作为本发明的第三实施例的定日镜3A的概要，图6表示追踪太阳光时的样子。定日镜3A具备多个在下方具有柱状的支撑构件36的小平面镜20，所述多个小平面镜20以具有焦点的方式排列，所述支撑构件36由伸缩自由的汽缸机构34构成，由球面接头构成的头部经由旋转机构31以能够旋转的方式被中间固定板32支撑。对于头部的旋转机构31来说，除了所述球面接头以外，也能够利用2自由度的接头实现。
所述支撑构件36的上部经由安装角度调整机构30连接有小平面镜20，在设置定日镜时，利用所述安装角度调整机构30调整小平面镜20的安装角度，使得多个小平面镜20的反射光在任意的距离具有焦点。所述支撑构件36的下部利用联杆机构35连结在一起，所述联杆机构35在平面上移动，由此，能够联动地调整多个小平面镜20的倾斜度。此外，所述联杆机构35在平面上的所谓XY轴平面移动，所以，对于所述支撑构件36和联杆机构35的连结来说，使用能够在XY这两个轴进行动作的接头，但是，优选使用球面接头。
如图6所示，联杆机构35在底板33的上表面移动，由此，即使观察小平面镜的法线n的方向也能清楚得知，小平面镜20能够改变镜面方向。该联杆机构35的移动是通过汽缸机构34伸展来实现的。此外，在太阳热发电设备等中进行实施的情况下，在小平面镜20追踪太阳时，通过控制所述联杆机构35，由此，始终能够将太阳光聚光到受热部或者反射镜等的焦点。所述定日镜3A成为上述结构，概括地说，在具有底板33和中间固定板32这两层的定日镜中，在小平面镜20的下方，支撑构件36伸展的结构有很多。并且，处于象头部那样的小平面镜20从中间固定板32突出的状态。 
实施例 4 
图7是表示作为本发明的第四实施例的定日镜3B的概要图，该实施例是代替第三实施例的伸缩自由的汽缸机构而使用不伸缩的支撑构件36的情况的实施例。支撑构件36将头部的旋转机构31支撑在中间固定板32上，所以，在使用没有伸缩性的支撑构件36的情况下，联杆机构35以从底板33浮起的方式在三维空间移动。
利用不使用汽缸机构34的结构，能够使定日镜3B的结构简单化，例如，在沙漠上建设太阳热发电设备的情况下，能够降低由沙或热引起的故障等的危险。在使用数百、数千台所述定日镜3B的太阳热发电设备中，作为维护的必要性较低的定日镜是极其重要的。即，根据维护的所需量，发电成本受到显著影响，所以，根据该实施例，能够降低发电成本。
（本发明的实施效果）
图10是表示应用了本发明的控制方法及其装置的定日镜1A、1B的太阳光S和反射光R的样子的概要图。小平面镜20的起伏旋转中心O位于各个小平面镜20上，所以，即使在使小平面镜20追踪太阳40而移动的情况下，也不会发生图9所示的焦点F处的反射光R的偏移（从焦点偏移移动距离e）。特别是，在太阳热发电设备中，根据设备的规模，存在从焦点至小平面镜20的距离为数百米至数千米的情况，此时，即使小平面镜的移动距离d很小，从焦点偏移的移动距离e也巨大，所以，能够利用不发生彗形像差（e≈0）的本发明的定日镜控制方法及其装置，提供高效率的太阳热发电设备。
图11是示意性地示出不发生彗形像差的状态下的焦点F的移动轨迹的图。在利用小平面镜20的偏斜使焦点F的位置移动的情况下，所述焦点F在使焦距恒定的天球41上移动。其示出彗形像差为零的状态。
但是，在太阳热发电设备中，以反射光R始终聚光到受热部或者反射镜（中央反射器）等上的方式构成，也就是说，处于焦点F固定的状态，追踪作为光源的太阳。这也同样受到彗形像差的影响，所以，通过利用本发明，由此，相对于太阳的移动，能够在没有彗形像差的影响的情况下将反射光R聚光在恒定的位置。即，能够提供实现了太阳光的高聚光率的定日镜控制方法及其装置。
（太阳热发电设备的铺设）
图13表示设置了现有型定日镜5的太阳热发电设备6的概要图。如图14所示，现有型定日镜5利用旋转机构45进行旋转，所以，需要以图13所示的定日镜旋转范围42不重叠的方式设置。
相对于此，本发明的定日镜1A、1B不具备现有技术那样的旋转机构，所以，如图12所示，能够将邻接的定日镜的间隔缩短进行配置，实现高面积配置效率。即，可大幅增加能够对于在焦点F处设置的受热部或者中央反射器设置的定日镜的数量，能够实现太阳热发电设备2的发电效率的大幅提高。
以上，根据本发明，能够提供太阳光聚光用定日镜的控制方法及其装置，实现在太阳光的聚光点（焦点F）不发生偏移的太阳光的高聚光率，做成不利用旋转机构进行旋转的结构，从而实现高面积配置效率。
此外，做成安装在太阳热发电设备上时容易进行安装以及小平面镜的调整操作的设备结构，由此，实现安装施工的成本降低，进而，能够提供高效率的太阳热发电设备。
附图标记说明：
1A、1B  XY驱动式定日镜
2  太阳热发电设备
3A、3B  XY驱动式定日镜
10  偏斜机构
11  X轴联杆
12  Y轴联杆
13  X轴臂部
14  汽缸机构
15  万向节
16  架台
17  X轴驱动装置
18  Y轴驱动装置
19  小平面镜保持架
20  小平面镜（反射镜）。

Claims (5)

1.一种定日镜控制方法，多个反射镜以具有焦点的方式排列而构成的太阳光聚光用定日镜追踪移动的太阳，并且，反射太阳光并聚光到预先确定的焦点，其特征在于，具有如下工序：
以利用两个不同方向的第一轴联杆以及第二轴联杆连结并联动地进行偏斜的方式构成所述多个反射镜，并且，以在预先确定的距离具有焦点的方式进行调整；以及
一边维持使所述多个反射镜的中心的坐标固定的状态，一边使所述焦点以抑制彗形像差的方式在具有任意半径的天球面上移动。
2.一种定日镜控制方法，多个反射镜以具有焦点的方式排列而构成的太阳光聚光用定日镜追踪移动的太阳，并且，反射太阳光并聚光到预先确定的焦点，其特征在于，具有如下工序：
以将所述多个反射镜经由各个偏斜机构设置于各个架台、并且利用两个不同方向的第一轴联杆以及第二轴联杆连结多个所述偏斜机构并联动地进行偏斜的方式构成，并且，以在预先确定的距离具有焦点的方式调整所述多个反射镜；以及
一边维持使所述多个反射镜的中心的坐标固定的状态，一边使所述焦点以抑制彗形像差的方式在具有任意半径的天球面上移动。
3.一种太阳光聚光用定日镜，以具有焦点的方式排列多个反射镜而构成，其特征在于，
将多个反射镜经由各个偏斜机构设置在各个架台上，利用两个不同方向的第一轴联杆以及第二轴联杆连结多个所述偏斜机构，利用所述联杆使所述多个偏斜机构联动来改变方向。
4.如权利要求3所述的定日镜，其特征在于，
所述第一轴联杆以及第二轴联杆是棒状的联杆，设置在彼此相交成直角的方向上，并且，分别连结在驱动装置上，对所述驱动装置进行控制，由此，能够经由各个联杆以及偏斜机构使所述多个反射镜的焦点位置移动。
5.一种太阳热发电设备，其特征在于，
配置多台权利要求3或4所述的定日镜，将太阳光聚光到以熔融盐为热介质的受热部，由此，进行太阳热发电。
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