CN102411375A - 对日光反射装置进行精确控制的方法和系统 - Google Patents
对日光反射装置进行精确控制的方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102411375A CN102411375A CN2010102868608A CN201010286860A CN102411375A CN 102411375 A CN102411375 A CN 102411375A CN 2010102868608 A CN2010102868608 A CN 2010102868608A CN 201010286860 A CN201010286860 A CN 201010286860A CN 102411375 A CN102411375 A CN 102411375A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heliostat
- hot spot
- azimuth
- solar energy
- sampling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
一种对日光反射装置进行精确控制的方法,包括以下步骤:(1)在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统,并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置;(2)通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,先计算该日光反射装置的校正误差系数;(3)利用校正误差系数计算出所述日光反射装置当前需要调整的角度信息,使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线通过该日光反射装置反射到太阳光能量收集器指定的位置上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳光能量收集和利用技术领域,具体涉及一种日光反射和聚集系统中对日光反射装置进行精确控制的系统及方法。
背景技术
随着经济和工业发展,对能源的需求越来越多,尤其是电能是工业和人们生活中不可或缺的能源。传统发电方式,例如,煤炭发电因为对煤矿依赖性太强,而煤炭是不可再生资源且污染较大,煤炭发电等传统的发电模式已经不能满足工业和经济发展的需要。为此,清洁、可再生的能源越来越受到人们重视,而在众多清洁能源中,太阳能因其覆盖面广,即有阳光的地方即可利用、而占有更重要的作用,因而被广泛应用在发电和发热领域中。在太阳光能量收集和利用系统中,塔式太阳光能量收集器是其中一种重要的方式。
请参阅图1,塔式太阳光能量收集系统包括放置在高塔(也可称接收塔)上的太阳光能量收集器11、高塔周围地面上铺设数千个以至数万个的日光反射装置12,计算机控制子系统和机电转动装置。计算机控制子系统利用机电转动装置控制该些日光反射装置12自动跟踪太阳,并将太阳的光线反射到位于接收塔顶部的太阳光能量收集器11。利用数千个以至数万个的日光反射装置12将太阳辐射能聚焦到置于接收塔顶部的太阳光能量收集器11上,使其中的介质沸腾,由此所产生的蒸汽来驱动汽轮发电机,进而实现发电的功效;或利用沸腾的介质来加热其它工业原料;或将产生的热量给民用供热。因此,当太阳轨迹随着时间变化时,必须精确控制日光反射装置12的转动角度以跟踪太阳的变化,从而实现对太阳能资源的高效利用。
目前日光反射和聚焦系统中日光反射装置轨迹的控制方法主要有以下几种:
(1)开环控制:计算机控制子系统根据当地的地理信息和指定时间计算出太阳的位置(高度角和方位角),再计算出将太阳光线始终反射到太阳光能量收集器上,日光反射装置绕两轴应转动的角度(高度角和方位角),最后通过驱动机电转动装置实现日光反射装置对太阳的跟踪。这种方法要求使用高精度和高成本的机电转动装置,无法克服太阳轨迹计算中的建模误差、机电转动装置的误差以及日光反射装置安装和加工上的误差。
(2)开环控制、定期校正的方式:和上述开环控制一样,根据当地的地理信息和指定的时间计算出太阳的位置,再计算日光反射装置跟踪太阳绕两轴应转动的角度,最后通过驱动机电转动装置实现日光反射装置对太阳的跟踪。为了克服开环控制中存在的太阳轨迹计算误差、机电转动装置误差和日光反射装置加工和安装上的误差问题,因此采用照相成像技术,定时对指定的一块日光反射装置来进行校正。具体方法是:调整需要校正的这个日光反射装置的角度,使它对准照相机,拍下此时的照片,采用图像设别的方法计算出成像的情况,并对此块日光反射装置进行校正。这种方法需要在太阳光能量聚集系统中的日光反射装置中间增加照相系统,还需要进一步对照相得到的成像情况进行图像设别,一次只能对一个日光反射装置进行校正,对于一个大型的太阳光能量聚集系统而言,有着成千上万的反射装置,不能及时对每块日光反射装置进行误差校正以及实现闭环控制。
(3)闭环控制:日光反射装置的计算机控制子系统根据当地的地理信息和指定时间计算出太阳的位置(高度角和方位角),再计算出将太阳光线始终反射到太阳光能量收集器上,日光反射装置绕两轴应转动的角度,发出控制命令,通过驱动机电转动装置实现日光反射装置角度的转动。但由于有太阳轨迹计算误差、机电转动装置误差和其它干扰,当日光反射装置绕两轴转动以后,该日光反射装置在太阳光能量收集器的光斑位置和光斑的设定位置之间一定存在偏差。通过检测日光反射装置在中心吸热器上光斑的位置和设定的光斑位置之间的偏差,进一步调整日光反射装置的两轴转动角度,直到日光反射装置在中心吸热器上的光斑位置到达设定要求,这样的控制过程称日光反射装置的闭环控制。闭环控制是日光反射装置控制的发展趋势,目前商业系统应用的很少,原因是:一、因为在中心吸热器上同时有成千上万个日光反射装置的光斑,因此,无法对单独一个日光反射装置在中心吸热器光斑位置进行测量。为了实现闭环控制,若需要在每个日光反射装置上通过增加其它复杂的机电装置或者复杂的光电检测系统来间接测量光斑的位置,必定会增加投资成本和运行成本,影响太阳光能量的利用率。如何实现日光反射装置的低成本,高精度,高可靠的控制一直是塔式太阳光能量聚集系统中急待解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对日光反射装置进行精确控制的方法,以解决现有技术中很难做到成本低且精度高的技术缺陷。
本发明的另一目的在于提供了一种日光反射和聚集系统,以解决现有技术中很难做到成本低且精度高的技术缺陷。
一种对日光反射装置进行精确控制的方法,包括以下步骤:
(1)在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统,并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置;
(2)通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,先计算该日光反射装置的校正误差系数;
(3)利用校正误差系数计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息,使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线反射到太阳光能量收集器上。
步骤(2)中通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,其中每一次采样步骤为:
转动需要采样的日光反射装置的高度角和方位角,使该日光反射装置的反射光线成像在某一光斑参照系统上;
较佳地采样若干次,每一次采样分别保存采样的次数N、采样的时间t、太阳高度角、太阳方位角、日光反射装置的方位角、日光反射装置的高度角、太阳反射光在光斑参照系统上的成像中心位置。并且,步骤(2)中计算该日光反射装置的校正误差系数进一步为:
A: 获得每一次采样后的非线性式子,具体为:
A4:获得该采样后的非线性式子为
还有,步骤(3)进一步包括:
M3:根据装置面的法线必须满足下列关系
由于采用了以上的技术方案,使得本发明相比于现有技术具有以下的优点和积极效果:
第一,本发明的太阳光能量收集和利用系统通过利用安装在日光反射装置的光斑参照系统上太阳反射光斑的成像位置,来对每块日光反射装置进行校正,从而精确计算出每个日光反射装置的安装和加工上的误差,最终实现太阳光能量收集系统中日光反射装置的精确控制。也就是说,在本发明中先对每块日光反射装置进行建模操作,即获得该日光反射装置的安装和加工上的误差参数,后每一次获得当前太阳的位置信息即可计算出该日光反射装置当前需要调整的角度,精度高,并且前期投入的成本非常低。
第二,本发明的太阳光能量收集和利用系统,可以按照具体情况来进一步校正该日光反射装置的安装和加工上的误差参数,由此更能提高精度。
附图说明
图1为现有太阳光能量收集和利用系统的部分结构示意图;
图2为本发明太阳光能量收集和利用系统的部分结构示意图;
图3为本发明一种对日光反射装置进行精确控制的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述,但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解,在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节,而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
请参阅图2,其为本发明一种对日光反射装置进行精确控制的太阳光能量收集和利用系统的原理图。它包括:设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器21和高塔周围地面上铺设的若干日光反射装置22。日光反射装置可以采用定日镜、金属反光板等具有反光效果的装置,但不局限于此。并且,针对每一日光反射装置22设置用于支撑该日光反射装置22的支撑机构以及用以驱动该日光反射装置转动的机电转动装置.本系统还包括:
若干光斑参照系统23: 可以设置在日光反射装置22的中间、或周围、或太阳光能量收集器21的下方。光斑参照系统可以使用白板来实现,但不局限于此。
若干图像采集装置24:用以采集光斑参照系统23上信息。图像采集装置24可以为照像设备,也可以是其它能获得光斑参照系统23上光斑位置信息的装置。其设置的位置不限,可以根据具体产品来获得。图像采集装置可以采用照相机来实现,但不局限于此。
控制计算机子系统:对于每一日光反射装置22,先通过图像采集装置24多次采样该日光反射装置22在光斑参照系统23上的成像位置,再计算该日光反射装置22的校正误差系数;后可利用校正误正系数来计算出当前所述日光反射装置22当前需要调整的角度信息,并控制机电转动装置调整,使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线反射到太阳光能量收集器21上。考虑到支撑机构和机电转动装置是现有机构,在此就不再说明。另外,控制计算机子系统如何控制机电转动装置转动,也是现有技术,因此也就不再详细说明了。
请参阅图3,其为本发明一种对日光反射装置进行精确控制的方法流程图。它包括以下步骤:
S110:在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统,并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置;
S120:通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,先计算该日光反射装置的校正误差系数;
S130:利用校正误差系数计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息,使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线反射到太阳光能量收集器上。
以下就举一个具体的实例来说明。
第一实施例
实现日光反射装置的精确控制分成下列步骤:
首先,完成对光斑参照系统上光斑成像的采样
接着,根据采样获得的数据来计算出日光反射装置安装和加工误差系数
最后,利用上述得到的误差系数来计算当前该日光反射装置反射到太阳光能量收集器指定位置时需调整的角度信息。
上述公开的仅是一个日光反射装置的一个精确控制。其它日光反射装置可以按照上述的方式来完成对其角度的调整。还有,当该日光反射装置满足下一次校正条件时,还需要重新进行采样和误差系数计算的步骤。上述谈到下一次校正条件包括日光反射装置的位置信息符合校正条件、调整次数达到预先设定的域值范围等。
以下介绍各个实现日光反射装置的精确控制的具体步骤。
1.光斑参照系统上光斑成像的采样:
其中光斑成像采样时,根据日光反射装置在装置场的不同位置,以及不同时刻太阳位置的不同,可以将日光反射装置反射光线成像在光斑参照系统B1或者B2上,下面流程只给出了成像在光斑参照系统B1的采样流程。
为了进行对日光反射装置的校正计算,完成了上述对一块日光反射装置的采样,获取了一系列的采样数据,包括采样时刻太阳的高度角和方位角,太阳的高度角和方位角是由一专用的计算太阳轨迹的软件实现,日光反射装置转动的角度,光斑参照系统上光斑中心位置。以及当地的地理位置的信息:经度,纬度,海拔高度,温度,压力等,时间信息。获取了上述采样数据以后,进行日光反射装置的校正计算。
2. 日光反射装置加工和安装误差描述参数的校正
(1)
装置面中心点指向光斑中心点的反射光线的单位向量:
因此,装置面法线单位向量为:
因此,必须满足方程(5)和方程(1)相等
也就是说:
每一次采样步骤为:
转动需要采样的日光反射装置的高度角和方位角,使该日光反射装置的反射光线成像在某一光斑参照系统上;
然后,再计算该日光反射装置的校正误差系数进一步为:
A: 获得每一次采样后的非线性式子,具体为:
A4:获得该采样后的非线性式子为
B:通过获得的三次采样后的非线性式子,组成非线性方程式,解该非线性方程式,得到该日光反射装置的校正误差系数。
3.精确控制的实现
M3:根据装置面的法线必须满足下列关系
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种对日光反射装置进行精确控制的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统,并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置;
(2)通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,先计算该日光反射装置的校正误差系数;
(3)利用校正误差系数计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息,使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线通过该日光反射装置反射到太阳光能量收集器指定的位置上。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,其中每一次采样步骤为:
转动需要采样的日光反射装置的高度角和方位角,使该日光反射装置的反射光线成像在某一光斑参照系统上;
3、如权利要求2所述的方法,其特征在于,采样若干次,每一次采样分别保存采样的次数N、采样的时间t、太阳高度角、太阳方位角、日光反射装置转动的方位角、日光反射装置转动的高度角、太阳反射光在光斑参照系统上的成像中心位置。
4、如权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤(2)中计算该日光反射装置的校正误差系数进一步为:
A: 获得每一次采样后的非线性式子,具体为:
A4:获得该采样后的若干个非线性式子为
5、如权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤(3)进一步包括:
M3:根据装置面的法线必须满足下列关系
6、一种对日光反射装置进行精确控制的太阳光能量收集和利用系统,其中包括:设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器和高塔周围地面上铺设的若干日光反射装置、并且,针对每一日光反射装置设置用于支撑该日光反射装置的支撑机构以及用以驱动该日光反射装置转动的机电转动装置,其特征在于,本系统还包括:
若干光斑参照系统: 设置在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方;
若干图像采集装置:用以采集所述光斑参照系统上光斑或者其它类型的图像;
控制计算机子系统:对于每一日光反射装置,先通过图像采集装置多次采样该日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置,再计算该日光反射装置的校正误差系数;后可利用校正误正系数来计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息,并控制机电转动装置调整,使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线反射到太阳光能量收集器指定的位置上。
7、如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述图像采集装置为照像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010286860.8A CN102411375B (zh) | 2010-09-20 | 2010-09-20 | 对日光反射装置进行精确控制的方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010286860.8A CN102411375B (zh) | 2010-09-20 | 2010-09-20 | 对日光反射装置进行精确控制的方法和系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102411375A true CN102411375A (zh) | 2012-04-11 |
CN102411375B CN102411375B (zh) | 2014-06-18 |
Family
ID=45913490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201010286860.8A Expired - Fee Related CN102411375B (zh) | 2010-09-20 | 2010-09-20 | 对日光反射装置进行精确控制的方法和系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102411375B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102830715A (zh) * | 2012-08-17 | 2012-12-19 | 浙江中控太阳能技术有限公司 | 一种光斑实时可调的定日镜及其调节方法 |
CN105320156A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-02-10 | 上海电机学院 | 一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法 |
CN109557947A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-02 | 中国计量大学 | 一种塔式定日镜的双闭环跟踪控制方法 |
CN111765657A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-13 | 上海晶电新能源有限公司 | 一种定日镜光路闭环控制系统及方法 |
CN116841000A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 反光学成像干扰站 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4172443A (en) * | 1978-05-31 | 1979-10-30 | Sommer Warren T | Central receiver solar collector using analog coupling mirror control |
JP2001091237A (ja) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Okuma Corp | 誤差補正値作成装置 |
CN101404470A (zh) * | 2008-07-16 | 2009-04-08 | 林于纮 | 太阳能强效聚光向日控制装置及方法 |
CN101588147A (zh) * | 2008-05-20 | 2009-11-25 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 太阳能收集系统 |
CN201508495U (zh) * | 2009-09-02 | 2010-06-16 | 河南光华风光发电技术有限公司 | 一种太阳能聚光板的自动跟踪系统 |
-
2010
- 2010-09-20 CN CN201010286860.8A patent/CN102411375B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4172443A (en) * | 1978-05-31 | 1979-10-30 | Sommer Warren T | Central receiver solar collector using analog coupling mirror control |
JP2001091237A (ja) * | 1999-09-27 | 2001-04-06 | Okuma Corp | 誤差補正値作成装置 |
CN101588147A (zh) * | 2008-05-20 | 2009-11-25 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 太阳能收集系统 |
CN101404470A (zh) * | 2008-07-16 | 2009-04-08 | 林于纮 | 太阳能强效聚光向日控制装置及方法 |
CN201508495U (zh) * | 2009-09-02 | 2010-06-16 | 河南光华风光发电技术有限公司 | 一种太阳能聚光板的自动跟踪系统 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102830715A (zh) * | 2012-08-17 | 2012-12-19 | 浙江中控太阳能技术有限公司 | 一种光斑实时可调的定日镜及其调节方法 |
CN102830715B (zh) * | 2012-08-17 | 2017-04-05 | 浙江中控太阳能技术有限公司 | 一种光斑实时可调的定日镜调节方法 |
CN105320156A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-02-10 | 上海电机学院 | 一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法 |
CN109557947A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-02 | 中国计量大学 | 一种塔式定日镜的双闭环跟踪控制方法 |
CN111765657A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-13 | 上海晶电新能源有限公司 | 一种定日镜光路闭环控制系统及方法 |
CN111765657B (zh) * | 2020-07-07 | 2023-08-22 | 上海晶电新能源有限公司 | 一种定日镜光路闭环控制系统及方法 |
CN116841000A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 反光学成像干扰站 |
CN116841000B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-31 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 反光学成像干扰站 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102411375B (zh) | 2014-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101943915B (zh) | 基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统及其方法 | |
CN102506811B (zh) | 基于图像检测的定日镜反射角度在线检测及校正方法 | |
US8973570B2 (en) | System and method of tracking solar radiation | |
CN102242980B (zh) | 定日镜跟踪控制装置及跟踪控制方法 | |
WO2013044850A1 (zh) | 太阳能发电站的定日镜校准系统及校准方法 | |
Chong et al. | General formula for on-axis sun-tracking system | |
CN102980313A (zh) | 太阳能塔式光热电站的定日镜误差校正系统和方法 | |
WO2013083053A1 (zh) | 太阳能发电站的定日镜校准方法及校准系统 | |
CN102411375A (zh) | 对日光反射装置进行精确控制的方法和系统 | |
CN203689162U (zh) | 太阳能自动跟踪装置 | |
CN103744437B (zh) | 太阳能自动跟踪系统的跟踪方法 | |
CN104699116A (zh) | 一种定日镜跟踪误差校正方法 | |
WO2013044848A1 (zh) | 太阳能发电站的定日镜校准系统及校准方法 | |
CN103345261B (zh) | 定日镜反射光斑偏差校正方法 | |
CN109557947A (zh) | 一种塔式定日镜的双闭环跟踪控制方法 | |
CN109062265A (zh) | 一种太阳光热发电定日镜安装误差校正方法 | |
WO2013044849A1 (zh) | 太阳能发电站的定日镜校准系统及校准方法 | |
CN102929299A (zh) | 一种定日镜机械误差校准的方法 | |
CN110030741B (zh) | 一种塔式太阳能二次反射系统中二次反射镜的校正方法 | |
Zheng et al. | Solar tracking error analysis of fresnel reflector | |
CN110209205A (zh) | 一种基于镜面标记的定日镜校正方法 | |
CN111142576B (zh) | 一种太阳追踪修正算法及太阳追踪方法 | |
Liu et al. | Improving the energy distribution uniformity of solar dish collector system under tracking error using a cavity receiver position adjustment method | |
CN112149263A (zh) | 一种在调试时期定日镜安置位的设置方法 | |
Chong et al. | Open-loop azimuth-elevation sun-tracking system using on-axis general sun-tracking formula for achieving tracking accuracy of below 1 mrad |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140618 Termination date: 20200920 |