CN102506810A - 塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法。所述发电系统包括固定于塔上的吸热器、若干面定日镜，在该发电系统中设置成像单元，该成像单元包括镜头和与镜头连接的相机或摄像机以及与所述相机或摄像机连接的计算机，镜头设置吸热器的中心或其外围一圈，通过成像单元拍摄的图像来确定定日镜镜面位置是否正确的步骤是：1）建立镜场每面定日镜的中心坐标；2）系统工作时从拍摄的图像中找太阳虚像中心坐标或太阳虚像；3）通过判别太阳虚像中心与定日镜镜面中心的重合度或有无太阳虚像来确定定日镜角度正确否。其优点是提高了检测工作的效率及自动化程度、准确性等。

Description

塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法

 

技术领域

本发明涉及太阳能热发电系统，尤其涉及塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法。

背景技术

目前利用太阳能热发电主要有槽式和塔式两种，槽式结构相对简单，但吸热器的温度一般只能达到200°C以上，发电效率低。而塔式结构相对复杂，但吸热器的温度一般能达到500°C以上，发电效率高。

塔式太阳能热发电技术的原理是用定日镜将阳光反射到位于高塔上的吸热器，实现大容量发电。电站系统包括定日镜场、吸热器、蓄热装置和发电装置等。

由于太阳东升西落，定日镜场中的每一面定日镜也必须由东向西，同时由下而上、再由上而下运动，才能保证每一面定日镜对阳光的反射聚集到塔上的吸热器上。根据每一面定日镜与吸热器的相对位置、时间、地点等，可以计算出每一面定日镜在任何时刻的方位角和仰角，但是，由于大气折射、机械误差、热胀冷缩、材料老化等原因，将引起反射的偏差，影响发电效率。设计定日镜场角度偏差测量和校正系统，可作为控制系统的负反馈参数，及时调整每一面定日镜的方位角和仰角，使定日镜对阳光的反射永远对准吸热器，提高发电效率。

国外有的校正系统，是在吸热器下面用一块白板，把需要校正的定日镜的阳光反射到白板上，如果计算出的方位角和仰角准确，则白板上的光斑正好在白板的中心位置；如果不在中心位置，则需要手动调整到中心位置，测量得出方位角和仰角的理论值和实际值的误差。最后向上移动一定的角度（每一面定日镜的上移角度都不完全相同）对准吸热器。这种方法的缺点有四个：一是一旦有误差必须手动调整；二是上移的时候也会产生误差；三是每次只能调整一面定日镜；四是校正时不能贡献热量给吸热器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供无需人工干预、自动校验镜场中每面定日镜是否能将太阳光反射到吸热器，形成对应光斑的检测方法，其具体技术方案如下：

所述塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法之一，该塔式太阳能热发电系统包括固定于所述塔上的吸热器和能在对应固定位置转动的若干面定日镜，所述若干面定日镜按设定方式排列，形成镜场，每一定日镜在正确位置时将太阳光反射到吸热器上，其特征在于，在所述塔式太阳能热发电系统中设置第一成像单元，所述第一成像单元包括一个第一镜头E和与第一镜头连接的相机或摄像机以及与所述相机或摄像机连接的计算机，所述第一镜头设置在吸热器的中心区域，与镜场中第k面定日镜镜面中心Q_k的距离为定值L_k，形成第一中心连线EQ_k。定日镜在水平面和垂直面转动的轴心线均通过镜面中心Q_k，通过所述镜面中心Q_k的镜面宽度为D_k，高度为H_k，所述第一成像单元能拍摄对应吸热器所对应的整个镜场的图像，通过该图像来确定定日镜镜面位置是否正确的步骤如下：

  1）建立镜场中心坐标

调节镜场中所有的定日镜，使其镜面垂直于所述第一中心连线EQ_k后，用第一成像单元对所对应的镜场拍摄，形成镜场的初始图像，通过该初始图像确立每一面定日镜中心的像素坐标值作为该定日镜的中心坐标，并计算所述镜面宽度D_k和高度H_k的线性方向上所包含的像素量N_Dk和N_Hk；                                               

  2）系统工作时找太阳虚像中心坐标

塔式太阳能热发电系统工作时，在每一设定的时间间隔所述第一成像单元对对应镜场进行一次拍摄，形成镜场的当前图像，所述计算机找出该当前图像中的每一面定日镜所对应的太阳虚像中心Q’的像素坐标值，作为太阳虚像中心坐标，并计算每一面定日镜的太阳虚像中心Q’至镜头E的第二中心连线EQ’与所述第一中心连线EQ所夹角在水平面上形成的方位角为θ和垂直面上形成仰角为ф，第k面定日镜的太阳虚像中心为Q_k′，至镜头E的第二中心连线EQ_k’与所述第一中心连线EQ_k形成方位角θ_k和仰角ф_k；

  3）判别定日镜镜面角度是否正确

在所述时间间隔比较每一面定日镜的太阳虚像中心坐标与对应定日镜中心坐标：

如所述两中心的差距在设定的范围内，对应定日镜镜面角度正确，不需调整，如超过设定范围，对应定日镜镜面角度不正确，需调整。

所述塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法之二，该塔式太阳能热发电系统包括固定于所述塔上的吸热器和能在对应固定位置转动的若干面定日镜，所述若干面定日镜按设定方式排列，形成定日镜场，每一定日镜在正确位置时将太阳光反射到吸热器上，其特征在于，在所述塔式太阳能热发电系统中设置第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元包括一个第一镜头和与第一镜头连接的相机或摄像机及与所述相机或摄像机连接的计算机；所述第二成像单元包括若干个第二镜头、与对应第二镜头连接的若干相机或摄像机以及与所述相机或摄像机连接的计算机。第一镜头设置在吸热器的中心区域，与镜场中的第k面定日镜中心的距离为定值L_k，形成的中心连线EQ_k与定日镜平面的夹角，该夹角分解为水平面上的方位角为θ_k和垂直面上的仰角为ф_k，定日镜在水平面和垂直面转动的轴心线均通过镜面中心Q_k，所述第一成像单元能拍摄整个镜场的图像；所述若干个第二镜头设置在吸热器外围一圈，且相邻的两第二镜头之间的距离小于最小反射光斑的宽度或高度，通过第一、第二成像单元拍摄的图像来确定定日镜镜面位置是否正确的步骤如下：

  1）建立镜场中心坐标

调节镜场中所有的定日镜，使其镜面垂直于所述第一中心连线EQ_k后，分别用第一、第二成像单元对对应镜场拍摄，形成镜场对应的初始图像，通过该初始图像分别建立对应于第一、第二成像单元的每一面定日镜中心的像素坐标值作为该定日镜的中心坐标，并计算所述镜面宽度D_k和高度H_k的线性方向上所包含的像素量N_Dk和N_Hk；

  2）系统工作时找太阳虚像

所述塔式太阳能热发电系统工作时，在每一设定的时间间隔，所述第二成像单元对镜场进行一次拍摄，形成镜场的当前图像，所述计算机寻找该图像中的每一面定日镜中有否太阳虚像；

  3）判别定日镜镜面角度是否正确

在所述时间间隔判别当前图像中的每一面定日镜中有否太阳虚像，如无太阳虚像，镜场中全部定日镜镜面角度正确，定日镜不需调整，如有太阳虚像，对应的定日镜需调整，并计算镜头E至对应定日镜的太阳虚像中心Q′连线   EQ′与第一中心连线EQ所夹的水平面上的方位角θ和垂直面上的仰角ф，。第k面定日镜的太阳虚像中心为Q_k′，至镜头E的第二中心连线EQ_k’与所述第一中心连线EQ_k形成方位角θ_k和仰角ф_k。

所述第k面定日镜在镜面的水平转动角度β_k和垂直转动角度δ_k后太阳虚像的中心Q_k′与镜子的中心Q_k重合，设上述转动前的定日镜中心Q_k至虚像中心Q_k′在水平方向上的间距为n_Dk个像素量、在垂直方向上的间距为n_Hk个像素量，则第k面定日镜水平转动角度β_k、垂直转动角度δ_k、第一镜头至第k面定日镜中心的距离L_k、第k面定日镜的方位角θ_k、第k面定日镜的宽度D_k、第k面定日镜的高度H_k、第k面定日镜宽度D_k线性方向上所包含的像素量N_Dk、第k面定日镜高度H_k线性方向上所包含的像素量N_Hk、定日镜中心Q_k至虚像中心Q_k′在水平方向上间距的像素量n_Dk、定日镜中心Q_k至虚像中心Q_k′在垂直方向上间距的像素量n_Hk存在如下关系：

θ_k=D_k ×n_Dk/ N_Dk/ L_k    或      ф_k=H_k ×n_Hk/ N_Hk/ L_k

β_k= θ_k / 2              或      δ_k= ф_k / 2。

所述塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法的进一步设计在于，所述第一镜头设置在吸热器的中心区域的一固定位置，或设置在吸热器中心区域的U个定位位置上，所述镜场划分为对应的U个区域，使第一镜头在每一定位位置上都有一镜场区域与之对应。

所述塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法的进一步设计在于，所述定日镜为平面镜或抛物面镜。

上述塔式太阳能热发电系统的中的所述第一成像单元可以移动，其移动误误差的校正方法是，在所述镜场中的无定日镜的位置处至少设置3个不在一条直线上的可控激光发射器或高亮度发光装置，所述激光发射器或高亮度发光装置发射的光束的范围覆盖所述第一成像单元和第二成像单元，且可控激光发射器或高亮度发光装置的发光频率与所述时间间隔对应，对第一成像单元移动误差的校正步骤如下：

1）建立定日镜像素的基准坐标

用第一成像单元和第二成像单元拍摄包含可控激光发射器或高亮度发光装置的镜场校正图像，通过该校正图像确定可控激光发射器或高亮度发光装置的像素坐标值，以该像素坐标值为基准建立标准坐标系，并确定镜场中每一定日镜的对应于标准坐标系的基准像素坐标；

2）确定当前对应定日镜的像素坐标

选择对应于所述时间间隔的时间点，用第一成像单元拍摄当前镜场图像，对当前镜场图像进行相对于所述标准坐标系的当前定日镜像素位置的计算，确定对应定日镜的当前像素坐标；

3）判别误差

将定日镜的当前像素坐标与对应基准像素坐标比较，如两像素坐标误差在设定范围内，对应定日镜不需调整，如超过设定范围，对应定日镜需调整。

本发明在太阳能热发电系统中设置主要由镜头、相机或摄像机及计算机组成的成像单元，根据镜头、照相机或摄像机拍摄的图像，通过计算机对该图像进行分析计算，从中确定太阳虚像位置，由此来检测定日镜镜面是否反射阳光到吸热器。本发明中将镜头置于吸热器的中心区域，该镜头具有合适的广角度，能对整个镜场成像，这样构成了本发明的第一技术方案；为更好地保护置于吸热器中心区域的镜头，在吸热器周围一圈设置若干镜头。位于吸热器的中心区域的第一镜头一般用于对镜场中定日镜初始位置调整；位于吸热器周围一圈的第二镜头一般用于太阳能热发电系统工作时对定日镜位置的监控，这样构成本发明第二技术方案。第一技术方案为基础应用方案；第二技术方案是扩展应用方案。

本发明中的定日镜其水平和垂直面的转动轴心线均通过镜面中心Q，参见图1，定日镜M可绕过镜面中心点Q的Z轴做水平面（图中的QXQY平面）上的转动，在同时还可绕过镜面中心点Q的BB轴（当定日镜绕Z轴转动到一定角度，BB轴平行于X轴）做垂直面（图中的QYQZ平面）上的转动。因此无论定日镜如何转动其镜面中心Q的位置保持不动，镜头与镜面中心Q的距离L为定值。定日镜镜面在随太阳移动时所产生的转动是由以水平和垂直两方向转动用而产生。在第一镜头E与定日镜镜面中心Q的连线EQ与太阳的虚像Q'的连线EQ' 的夹角分解为水平方向的方位角θ和垂直方向的仰角ф。本发明巧妙利用光学和几何学原理使镜面角度的调整简便而精确，只要水平方向转动β= θ / 2 ，垂直方向转动δ= ф / 2，太阳虚像就可以与定日镜M的中心位置重合。下面以水平面即图1中的QXQY面为例（垂直面原理相同）进行说明。

对照图2， S₁、S₂是太阳移动中的两个位置，从S₁移动到S₂，S₁’、 S₂’分别是S₁、S₂在定日镜M中的虚像，M’是定日镜的延长线，A₁、A₂是太阳在S₁和S₂位置在定日镜中的对应成像位置与镜面的交点。当第一镜头E和定日镜M不动，太阳从S₁移动到S₂时：第一镜头E观察到太阳的虚像从S₁’ 移动到S₂’，反映到定日镜上就是从A₁移动到A₂，其长度为d。设第一镜头E与第k面定日镜M的镜面中心Q的距离为L_k，EQ与镜面的水平方向的夹角为Ω，且镜头E至A₁、A₂的距离基本相同（其差距可忽略不计），基本等同于L，方位角θ对应的弧长基本等同于对应的弦长，则有：

d×sinΩ＝L×θ          （1）

若将定日镜A₁、A₂设定在定日镜的宽度的两端（定日镜的宽度D是与定日镜转动轴线垂直的镜面边长），则能够在成像单元中通过定日镜看到太阳的最大变化的方位角θmax，则有：

D × sinΩ＝ L ×θmax   （2）             

因此，如果成像单元观察到的太阳的虚像在定日镜的中心，则太阳方位角的变化在±0.5θmax弧度范围内，成像单元都可通过定日镜看到太阳的虚像，并可以准确判断方位角的变化量。

当第一镜头E不动，定日镜转动角度β时，请参见图3，图中，E是成像单元的镜头，M₁是定日镜（仍然假设是平面镜）的初始位置，M₂是定日镜以Q为圆心旋转角度为β的位置，S₁、S₂是太阳没有移动但因定日镜移动分别在E上成像时的平行光线， S₁’、 S₂’分别是S₁、S₂在定日镜M₁和M₂位置的虚像， A₁、A₂是太阳在S₁、S₂两位置上在定日镜镜面上形成的对应虚像位置。当第一镜头E不动，定日镜从M₁到M₂转动，第一镜头E观察到太阳的虚像从S₁’ 移动到S₂’，反映到定日镜上就是从A₁移动到A₂。S₁A₁和S₂A₂是平行线，四边形CA₂QA₁的内角和为2π，则有：

∠（π－2α）＋∠γ＋∠（π－β）＋∠α ＝ 2π

γ ＝ β ＋α

三角形EA₂C的内角和为π，则有：

θ＋（π－2γ）＋2α＝π

则可得：θ＝2β                                                  （3）

从（1）、（2）式可得：

d× sinΩ＝ L×2β                      （4）

D × sinΩ＝ L ×2βmax                      （5）

这样，在保持成像单元成像单元和太阳不动（瞬时）、定日镜旋转的情况下，定日镜旋转角度为β时，成像单元成像单元观察到的太阳的虚像角度变化为θ，两者之间的关系为θ＝2β。如果从第一镜头的成像中能够观察到对应定日镜中的太阳虚像，那么当太阳方位角移动为θ时，定日镜相应旋转θ／2，能够保证定日镜的镜面对着吸热器的相同位置，即定日镜能反射太阳光线，在吸热器上形成对应光斑。

从图2中可以看出，假定A1为定日镜的旋转中心，即A1的位置不随着定日镜的转动在成像单元中移动。当太阳的位置在S₂时，虚像为S₂'，此时太阳的水平角与准确角度差θ可由公式（1）计算出：

θ      =  d ×sinΩ / L                         （6）

d × sinΩ是定日镜M在EQ的垂直面上的投影，也就是成像单元的像素个数与该定日镜宽度（水平方向）的像素个数的比例；如图4。图中看出， d = A₁A₂ ，d × sinΩ= A₁A₂ × sinΩ = A₁A₂ '，当成像单元E与定日镜的连线与M垂直时，定日镜的宽度D在成像单元中为水平N_D个像素，如图4a；当定日镜水平偏转角度为Ω 时，定日镜在成像单元中成为M'，宽度为D × sinΩ，如图4b 。A₁A₂ 在成像图像中为A₁A₂ '，对应的像素量为n_D个，d × sinΩ ：n_D = D ：N_D，从而得到：

d × sinΩ = D × n_D / N_D                  （7）

带入公式（6），得到

θ    =  D ×n_D / N_D / L                            （8）

D、N_D、L是常数，n_D是当时的太阳的虚像的中心到定日镜中心的水平像素的个数，利用上述公式，可以准确计算水平方向的偏差角度。当θ达到最大偏差值时，需要定日镜水平旋转 β＝θ / 2 角度，θ是可以设定的。

同理，垂直方向的仰角偏差公式：

ф = H ×n_H/ N_H / L                                                                             （9）

H、N_H、L是常数，n_H是当时的太阳的虚像的中心到定日镜中心的垂直像素的个数。利用上述公式，可以准确计算垂直方向的偏差角度。当ф达到最大偏差值时，需要定日镜垂直旋转 δ＝ф / 2 角度，ф是可以设定的。

由此，如果从置于吸热器中心区域的第一镜头中观察不到对应定日镜中的太阳虚像，那么定日镜转动的角度β或δ不足设定的范围，使定日镜上的光线一定没有反射阳光到第一镜头上，也就没有反射阳光到吸热器上。如果从置于吸热器外围四周的第二镜头中观察不到对应定日镜中的太阳虚像，那么定日镜一定反射阳光到第一镜头上，一旦某面定日镜的反射阳光刚好偏离了吸热器，对应的第二镜头就可以观察到太阳的虚像，此时电脑可以判断是哪一面定日镜偏离、偏离的方向、角度等，可通知传动机构校正。由于第二镜头安装在吸热器外围，不影响吸热器吸收热量，而且吸热器外围的温度比中心低，冷却系统和寿命都会有较好的保证。

按照上面的原理，本发明通过设置的第一成像单元能得到如下有益效果：只要方位角和仰角在一定的误差范围内，通过对第一镜头中成像的分析可以自动校正；在工程技术和工艺允许的情况下，甚至可以同时校正镜场中所有的定日镜，自动化程度高，提高了定日镜偏差角度检测的准确性和检测工作的效率。此外，通过可控激光发射器或高亮度发光装置，可以消除镜头移动造成的偏差。设置第二成像单元可以减少第一成像单元的使用，增加接收光的效率，同时增加检测偏转角度的范围。

附图说明

    图1是第一镜头分别至定日镜中心及太阳虚像中心形成两连线的夹角在水平和垂直两坐标平面上的投影示意图。

图2是太阳移动定日镜无转动时的成像原理示意图。

图3是太阳无移动定日镜转动时的成像原理示意图。

图4是图1中的一太阳虚像位置在定日镜中心位置时的成像原理示意图。

图5是本发明只有第一成像单元的实施例结构示意图。

图6是可旋转的第一镜头或多个第一镜头的放置位置的结构示意图。

图7是第一成像单元建立定日镜像素的基准坐标所示拍摄的镜场的图像。

图8是镜场中所有定日镜都处于正确位置时，第一成像单元所拍摄的图像示意图。

图9是第一成像单元所拍摄的图像中有定日镜镜面处于不正确位置时的示意图。

图10是对应图8所示镜场状况第二成像所拍摄的图像示意图。

图11是本发明同时具有第一、第二成像单元的实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明及其优点作进一步说明。仍然以水平的方位角为例，垂直的仰角原理相同。

实施例1

对照图5，塔式太阳能热发电系统包括塔T、吸热器H和定日镜M。第一成像单元E固定于塔T上吸热器H中心区域，若干面定日镜按设定方式排列在塔下，形成镜场（有可能塔T的四周固定数个吸热器H，镜场分环布于塔下四周，每一吸热器对应于镜场中的一部分，本实施例以一个吸热器及所对应的镜场为例）。第k面定日镜M_k的镜面对着吸热器H，通过反射太阳的光线，在吸热器上形成一光斑。该面定日镜M_k位置被固定，并能做的水平和垂直转动，其在水平面转动的轴心线Z和垂直面转动的轴心线X均通过镜面中心Q_k。通过镜面中心Q_k的镜面宽度为D_k，高度为H_k，k为1、2、3…m的自然数。在太阳位置的变化时，镜面每隔设定的时间间隔做相应的转动，使之能跟随太阳位置的变化。在上述的塔式太阳能热发电系统中设置第一成像单元，该成像单元主要由一个第一镜头E和与第一镜头连接的相机或摄像机以及与所述相机或摄像机连接的计算机组成，第一镜头E设置在对应于吸热器H的中心区域，与镜场中第k面定日镜镜面中心Q_k的距离为定值L_k，，形成的中心连线EQ_k与定日镜平面的夹角分解为水平面上的方位角为θ_k和在垂直面上的仰角为ф_k。如果镜场相对于第一镜头E的分辨率来说太大，可采用可旋转的第一镜头或多个第一镜头。则第一镜头置于以吸热器中心为中心的圆周U个可定位的位置上，镜场被划分为对应U个区域，每一区域与第一镜头在所述圆周上一定位位置相对应。例如图6所示，第一镜头E在以吸热器中心O_H的圆周C_H有4个可定位的位置，镜场被划分为对应4个区域，每一区域与第一镜头在圆周上一个定位位置相对应。第一镜头应有足够分辨率、广角度（可以观察整个镜场）、伸缩镜头（类似炉膛火焰探头），可调接收光强度，且耐高温和耐高亮度，能对整个镜场成像，即可以在镜头E里观察到镜场内的所有定日镜。通过该图像来确定定日镜镜面位置是否正确的步骤如下：

首先用第一成像单元对镜场拍摄，镜场中所有的定日镜全部垂直于EQ_k，形成镜场的初始图像，参见图7，通过该初始图像确立每一面定日镜中心的像素坐标值作为该定日镜的中心坐标，并计算镜面中心通过镜面宽度D_k和高度H_k的线性方向上所包含的像素量N_Dk和N_Hk，通过像素量及像素量单位长度，从而获得宽度D_k和高度H_k与像素量N_Dk和N_Hk的对应值。进行上述初始拍摄选择晨曦或日落或有云层遮挡住太阳的非阳光直射的天气，避免调整镜场时可能有阳光反射到第一成像单元上。在塔式太阳能热发电系统工作时，在每一设定的时间间隔所述第一成像单元对镜场进行一次拍摄，形成图像如图8，计算机对拍摄的图像进行如下分析：把照片中每面定日镜中有太阳虚像的区域（有强烈的反射，可以在照片上显示）的中心计算出来，如果虚像的中心Q_k′与定日镜的中心Q_k重合，那么可以判定定日镜的方位角和仰角准确；如果有定日镜其虚像的中心与定日镜的中心一定像数的差距，如图9中所示的第k34位置上的定日镜，根据公式：

θ₃₄ = D₃₄ ×n_D34/ N_D34/ L₃₄         和      ф₃₄ = H₃₄ ×n_H34/ N_H34/ L₃₄

β₃₄= θ₃₄ / 2                           和      δ₃₄= ф₃₄ / 2

可得k34镜子需要方位角调整β₃₄、仰角调整δ₃₄。

 

实施例2

本实施例是鉴于上述实施例中的第一镜头E在吸热器的中心区域，会影响到吸热效果，而且温度很高，影响镜头的寿命。因此本实施例在上述实施例的基础上再设置若干个第二镜头、第二相机或若干个第二摄像机。将若干个第二镜头F分布在吸热器外围一圈，形成“篱笆”状，请参见图11，两个第二镜头F之间的距离小于最小反射光斑的宽度或高度。所以，本实施例的成像单元实际包含两个部分，由第一成像单元和由若干第二镜头、第二相机或若干个第二摄像机及计算机组成的第二成像单元。

初始时分别用第一成像单元和第二成像单元进行对对应镜场拍摄，分别形成镜场的对应初始图像，通过该初始图像分别建立对应于第一、第二成像单元的每一面定日镜中心的像素坐标值，作为该定日镜的中心坐标，获得镜场中心坐标集合。并计算所述镜面宽度D和高度H的线性方向上所包含的像素量N_D和N_H。然后用第一成像单元对对应镜场进行调整，确认所有的定日镜方位角和视场角都正确时，第一镜头离开吸热器所述中心位置，例如退缩到吸热器的下面。在塔式太阳能热发电系统工作时第二成像单元担当起对镜场中的定日镜的监控任务。在每一设定的时间间隔第二成像单元进行一次拍摄，形成当前图像。第二成像单元中所有的第二镜头F所拍摄的图像都只能拍摄到对应镜场中的定日镜M，如图7所示的图像，而拍摄不到定日镜M中的太阳的虚像，一旦某面定日镜的反射光刚好偏离了吸热器，第二成像单元中的某个镜头F就可以观察到太阳的虚像，所拍摄的图像中就有太阳的虚像，如图10中的第k23、k45定日镜，此时电脑可以判断是哪一个定日镜出现偏离。

一旦有云层遮挡住太阳，可以通过太阳角公式和角度传感器自动跟踪，如果超过一定时间，第一成像单元可重新移动到吸热器中心，直到出现太阳并且校正镜场中的所有定日镜。

图10中k34、k45未必出现在同一个第二成像单元的同一个镜头上，所以需要对整个第二成像单元的所有拍摄的图像进行处理。图10和图9是同一时刻第二成像单元中的对应镜头和第一成像单元拍摄的照片。

    

实施例3

本实施例是针对上述实施例中的所述成像单元若相对镜场有移动时，因移动产生误差的校正方法。

第一成像单元的移动会带来成像的偏差，即两次移动后形成的影像有所差别，会直接影响到校正的精度；大风或者机械原因，也会造成第一、第二成像单元的影像误差。解决这个问题可以用如下办法：在镜场中某些没有定日镜的固定位置安装不在一条直线上的不少于3个可控激光发射器（或高亮度发光装置），其发射的光束能够覆盖第一、第二成像单元，且可控激光发射器或高亮度发光装置的发光频率与拍摄时间间隔对应。用第一成像单元和第二成像单元拍摄包含可控激光发射器或高亮度发光装置的镜场校正图像，计算机通过该校正图像确立可控激光发射器或高亮度发光装置所在位置的像素坐标值。以该像素坐标值为基准，建立标准坐标系，并确定镜场中每一定日镜中心对应于标准坐标系的基准像素坐标；选择对应于所述时间间隔的时间点，并通过所述第一镜头形成的成像进行相对于所述坐标系的定日镜像素位置的计算，确定当前对应定日镜的像素坐标；将当前对应定日镜的像素坐标与基准坐标比较：如像素位置无差值，或差值在设定范围内，对应定日镜不需调整，如像素位置的差值超过设定范围，对应定日镜需调整，调整按上述实施例1、2所述的步骤进行。这样可以消除因成像单元移动造成的偏差。

    实施例1、2中的平面定日镜完全可用抛物面镜代替。实际上，理想设计中的定日镜M不是平面镜，而应是设计成抛物面镜。如果制造一个焦点正好落在成像单元的镜头上的理想抛物面镜，在太阳、抛物面镜和成像单元成一条直线时，阳光反射到成像单元位置的光斑是一个点。成像单元中观察到或拍摄到的图像中，其整个抛物镜面上正好是均匀分布的阳光。实际上，抛物面镜在成像单元所拍摄的图像上的光斑是一个比定日镜小的不规则的亮块，成像单元中观察到抛物面镜整个镜面上不均匀分布阳光。

Claims (6)

1.塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法，所述塔式太阳能热发电系统包括固定于所述塔上的吸热器和能在对应固定位置转动的若干面定日镜，所述若干面定日镜按设定方式排列，形成镜场，每一定日镜在正确位置时将太阳光反射到吸热器上，其特征在于在所述塔式太阳能热发电系统中设置第一成像单元，所述第一成像单元包括一个第一镜头E和与第一镜头连接的相机或摄像机以及与所述相机或摄像机连接的计算机，所述第一镜头设置在吸热器的中心区域，与镜场中第k面定日镜镜面中心Q_k的距离为定值L_k，形成第一中心连线EQ_k，定日镜在水平面和垂直面转动的轴心线均通过镜面中心Q_k，通过所述镜面中心Q_k的镜面宽度为D_k，高度为H_k，所述第一成像单元能拍摄所对应的整个镜场的图像，通过该图像来确定定日镜镜面位置是否正确的步骤如下：

  1）建立镜场中心坐标

调节镜场中所有的定日镜，使其镜面垂直于所述第一中心连线EQ_k后，用第一成像单元对所对应的镜场拍摄，形成镜场的初始图像，通过该初始图像确立每一面定日镜中心的像素坐标值作为该定日镜的中心坐标，并计算所述镜面宽度D_k和高度H_k的线性方向上所包含的像素量N_Dk和N_Hk；                                               

  2）系统工作时找太阳虚像的中心坐标

塔式太阳能热发电系统工作时，在每一设定的时间间隔所述第一成像单元对对应镜场进行一次拍摄，形成镜场的当前图像，所述计算机找出该当前图像中的每一面定日镜所对应的太阳虚像中心Q’的像素坐标值，作为太阳虚像中心坐标，并计算每一面定日镜的太阳虚像中心Q’至镜头E的第二中心连线EQ’与第一中心连线EQ所夹角在水平面上形成的方位角θ和垂直面上形成的仰角ф，第k面定日镜的太阳虚像中心为Q_k’，至镜头E的第二中心连线EQ_k’与所述第一中心连线EQ_k形成方位角θ_k 和仰角фk；

  3）判别定日镜镜面角度是否正确

在所述时间间隔比较每一面定日镜的太阳虚像中心坐标与对应定日镜中心坐标：

如所述两中心的差距在设定的范围内，对应定日镜镜面角度正确，不需调整，如超过设定范围，对应定日镜镜面角度不正确，需调整。

2.塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法，所述塔式太阳能热发电系统包括固定于所述塔上的吸热器和能在对应固定位置转动的若干面定日镜，所述若干面定日镜按设定方式排列，形成定日镜场，每一定日镜在正确位置时将太阳光反射到吸热器上，其特征在于在所述塔式太阳能热发电系统中设置第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元包括一个第一镜头E和与第一镜头连接的相机或摄像机及与所述相机或摄像机连接的计算机；所述第二成像单元包括若干个第二镜头、与对应第二镜头连接的若干相机或摄像机以及与所述相机或摄像机连接的计算机，所述第一镜头设置在吸热器的中心区域，与镜场中的第k面定日镜中心Q_k的距离为定值L_k，形成的第一中心连线EQ_k，定日镜在水平面和垂直面转动的轴心线均通过镜面中心Q_k，所述第一成像单元头能拍摄整个镜场的图像；所述若干个第二镜头设置在吸热器外围一圈，且相邻的两第二镜头之间的距离小于最小反射光斑的宽度或高度，通过第一、第二成像单元拍摄的图像来确定定日镜镜面位置是否正确的步骤如下：

  1）建立镜场中心坐标

调节镜场中所有的定日镜，使其镜面垂直于所述第一中心连线EQ_k后，分别用第一、第二成像单元对对应镜场拍摄，形成镜场对应的初始图像，通过该初始图像分别建立对应于第一、第二成像单元的每一面定日镜中心的像素坐标值作为该定日镜的中心坐标，并计算所述镜面宽度D和高度H的线性方向上所包含的像素量N_D和N_H； 

2）系统工作时找太阳虚像

所述塔式太阳能热发电系统工作时，在每一设定的时间间隔，所述第二成像单元对对应镜场进行一次拍摄，形成镜场的当前图像，所述计算机寻找该图像中的每一面定日镜中有否太阳虚像；

  3）判别定日镜镜面角度是否正确

在所述时间间隔判别当前图像中的每一面定日镜中有否太阳虚像，如无太阳虚像，镜场中全部定日镜镜面角度正确，定日镜不需调整，如有太阳虚像，对应的定日镜需调整，并计算镜头E至对应定日镜的太阳虚像中心Q′的第二中心连线EQ′与第一中心连线EQ所夹角在水平面上形成的方位角θ和垂直面上形成的仰角ф,第k面定日镜的太阳虚像中心为Q_k′，至镜头E的第二中心连线EQ_k’与所述第一中心连线EQ_k形成方位角θ_k和仰角ф_k。

3.根据权利要求1或2所述的塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法，其特征在于所述第k面定日镜在镜面的水平转动角度β_k和垂直转动角度δ_k后太阳虚像的中心Q_k′与镜子的中心Q_k重合，设上述转动前的定日镜中心Q_k至虚像中心Q_k′在水平方向上的间距为L_Dk个像素量、在垂直方向上的间距为L_Hk个像素量，则第k面定日镜水平转动角度β_k、垂直转动角度δ_k、第一镜头至第k面定日镜中心的距离L_k、第k面定日镜的方位角θ_k、第k面定日镜的宽度D_k、第k面定日镜的高度H_k、第k面定日镜宽度D线性方向上所包含的像素量N_Dk、第k面定日镜高度H线性方向上所包含的像素量N_Hk、定日镜中心Q_k至虚像中心Q_k′在水平方向上间距的像素量L_Dk、定日镜中心Q_k至虚像中心Q_k′在垂直方向上间距的像素量L_Hk存在如下关系：

θ_k=D_k ×n_Dk/ N_Dk/ L_k  或      ф_k=H_k ×n_Hk/ N_Hk/ L_k

β_k= θ_k / 2              或      δ_k=ф_k / 2。

4.根据权利要求1或2所述的塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法，其特征在于，所述第一镜头设置在吸热器的中心区域的一固定位置，或设置在吸热器中心区域的U个定位位置上，所述镜场划分为对应的U个区域，使第一镜头在每一定位位置上都有一镜场区域与之对应。

5.根据权利要求1或2所述的塔式太阳能热发电系统的定日镜角度偏差检测方法，其特征在于所述定日镜为平面镜或抛物面镜。

6.如权利要求1或2或3或4所述塔式太阳能热发电系统中的第一成像单移动误差的检测方法，其特征在于在所述镜场中的无定日镜的位置处至少设置3个不在一条直线上的可控激光发射器或高亮度发光装置，所述发射器或高亮度发光装置发射的光束的能在第一、第二成像单元上成像，且可控激光发射器或高亮度发光装置的发光频率与所述时间间隔对应，对第一成像单元移动误差的校正步骤如下：

1）建立定日镜像素的基准坐标

用第一成像单元或第二成像单元拍摄包含可控激光发射器或高亮度发光装置的镜场校正图像，通过该校正图像确定可控激光发射器或高亮度发光装置的像素坐标值，以该像素坐标值为基准建立标准坐标系，并确定镜场中每一定日镜的对应于标准坐标系的基准像素坐标；

2）确定当前对应定日镜的像素坐标

选择对应于所述时间间隔的时间点，用第一成像单元拍摄当前镜场图像，对当前镜场图像进行相对于所标准述坐标系的当前定日镜像素位置的计算，确定对应定日镜的当前像素坐标；

3）判别误差

将定日镜的当前像素坐标与对应基准像素坐标比较，如两像素坐标误差在设定范围内，对应定日镜不需调整，如超过设定范围，对应定日镜需调整。

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