CN102778900A - 用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法和跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，包括如下步骤：1)采集太阳图像信息，并通过软件对所述太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；2)检测所述聚光碟的位置，根据所述太阳的位置和所述聚光碟的位置，获取聚光碟和太阳光线的偏差；3)根据所述偏差控制所述碟式太阳能热发电系统的聚光碟的位置，以使所述太阳光的光线经所述聚光碟反射后完全聚焦。上述对日跟踪方法按照获取太阳图像信息-获取太阳位置、聚光碟位置-计算偏差-根据偏差控制聚光碟动作的顺序实现了对误差的偏差校正，消除了聚光碟运行过程中的积累误差，实现了太阳的准确跟踪。

Description

用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法和跟踪系统

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法和对日跟踪系统。

背景技术

随着全球对能源的需求逐渐增加，化石能源为基础的能源结构越来越不能满足人类可持续发展的要求，人类面临严重的能源短缺和燃烧化石能源产生的环境污染问题。太阳能是一种干净、可再生的新能源，并且具有能量巨大、无枯竭危险，不受资源分布地域限制，能源质量高等优点，发展前景非常广阔。因此，太阳能发电逐渐被认为是替代火力发电的最理想的新能源之一。

碟式聚光太阳能热发电是目前效率最高的一种太阳能发电方式，碟式聚光太阳能热发电的原理是利用自动跟踪太阳的聚光碟将太阳能聚焦到热机的集热器，从而加热发动机进行运动做功，发动机拖动发电机，从而实现发电。由其原理可知，对太阳的跟踪系统是其关键部件之一。

现有技术中，通常利用天文算法计算出太阳的位置，然后根据计算出的太阳位置设置聚光碟的高度角和方位角。然而，聚光碟的安装、运行过程中会产生一定的误差，工作一段时间之后，误差会积累增大，这种开环跟踪方法的跟踪精度有限，其对上述误差无能为力。此外，现有技术中也有采用光电传感器来进行闭环控制的对日跟踪方式，但是由于光电传感器的灵敏性较高，其容易受到天气、灰尘等环境因素的影响，例如，当出现多云天气时，太阳会被云遮挡，光电传感器容易造成会传动机构频繁误动作。

有鉴于此，亟待针对现有技术中太阳能热发电系统的对日跟踪方法和对日跟踪系统做进一步的优化设计，减小对日跟踪的误差，提高对日跟踪的精度和稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法和对日跟踪系统，其能减小对日跟踪的误差，对日跟踪的精度较高，并且具有较好的工作稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，包括如下步骤：

1)采集太阳图像信息，并对所述太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；

2)检测所述聚光碟的位置，根据所述太阳的位置和所述聚光碟的位置，获取聚光碟和太阳光线的偏差；

3)根据所述偏差控制所述碟式太阳能热发电系统的聚光碟的位置，以使所述太阳光的光线经所述聚光碟反射后完全聚焦。

优选地，所述步骤1)和步骤2)之间还设有步骤

11)判断所述步骤1)是否获取了所述太阳的位置，若是，则执行步骤2)，若不能，则执行步骤4)：

4)按照天文算法控制所述聚光碟的位置。

优选地，所述步骤11)和所述步骤3)之间还设有步骤

21)判断所述偏差是否在允许范围内，若是，则执行步骤4)；若不是则执行步骤3)。

优选地，所述步骤3)具体为：

31)根据所述偏差计算所述聚光碟的方位角、高度角的偏差校正值；

32)判断所述偏差校正值是否大于校正限幅值，若是，执行步骤33)；若不是，执行步骤34)；

33)按照所述校正限幅值调整所述聚光碟的位置；

34)按照所述偏差校正值调整所述聚光碟的位置。

优选地，还包括：

获取当前风速、当前风向信号，并判断所述风速是否过大或风向过偏，若是，则开启所述太阳能热发电系统的避风保护装置；若不是，则保持所述避风保护装置为关闭状态。

本发明提供用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，首先，采集太阳图像信息，并对所述太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；然后，检测所述聚光碟的位置，根据所述太阳的位置和所述聚光碟的位置，获取聚光碟和太阳光线的偏差；最后，根据所述偏差控制所述碟式太阳能热发电系统的聚光碟的位置，以使所述太阳光的光线经所述聚光碟反射后完全聚焦。

由上述控制过程可以看出，上述对日跟踪方法按照获取太阳图像信息-获取太阳位置、聚光碟位置-计算偏差-根据偏差控制聚光碟动作的顺序实现了对误差的偏差校正，消除了聚光碟运行过程中的积累误差，实现了太阳的准确跟踪，增强了对太阳入射光线的聚焦精度，大大提高了碟式太阳热发电系统的工作稳定性。

本发明还提供一种用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，其特征在于，所述对日跟踪系统包括：

图像采集部件，用于采集太阳图像信息；

位置检测部件，用于检测聚光碟的位置；

控制器，包括依次连接的图像处理单元、计算单元和指令输出单元；所述图像处理单元与所述图像采集部件连接，用于对所述太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；所述计算单元用于根据所述太阳的位置和聚光碟的位置获取聚光碟和太阳光线的偏差；所述指令输出单元用于根据所述偏差获取并输出调整所述太阳能热发电系统的聚光碟的偏差校正值，以使太阳的光线经所述聚光碟反射后完全聚焦；

执行机构，与所述控制器连接，用于根据所述偏差校正值调整所述聚光碟的位置。

优选地，所述控制器还用于判断所述分析处理单元是否获取了所述太阳的位置，并在未获取所述太阳的位置时，输出按照天文算法控制所述聚光碟位置的控制指令。

优选地，所述控制器还用于判断所述偏差是否在允许范围内；若是则输出按照天文算法控制所述聚光碟位置的指令，若不是则根据所述偏差获取并输出所述偏差校正值。

优选地，所述控制器还用于根据所述偏差计算所述聚光碟的方位角、高度角的偏差校正值，并判断所述偏差校正值是否大于校正限幅值，若是则输出校正限幅值；若不是则输出偏差校正值。

优选地，所述对日跟踪系统还包括连接于所述控制器输入端的风速风向检测部件，用于检测当前风速、风向信号；

所述控制器还用于判断所述风速是否过大或风向是否过偏，若是则输出开启太阳能热发电系统的避风保护装置的指令。

由于上述碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法具有上述技术效果，因此，与之对应的对日跟踪系统也应当具有相应的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明所提供碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法的一种具体实施方式的流程框图；

图2为本发明所提供碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法的另一种具体实施方式的流程框图；

图3为图1所示的对日跟踪方法中获取的偏差为零的图像；

图4为图1所示的对日跟踪方法中获取的偏差在允许范围之外，且偏差较大的图像；

图5为图1所示的对日跟踪方法中获取的偏差在允许范围之外，且偏差较小的图像；

图6为图1所示的对日跟踪方法中获取的偏差在允许范围内的图像；

图7为本发明所提供碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统的一种具体实施方式的结构示意图。

其中，图7中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

图像采集部件1；控制器2；执行机构3；风速风向检测部件4；位置检测部件5；图像处理单元21；计算单元22；指令输出单元23。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种用于太阳能热发电系统的对日跟踪方法和对日跟踪系统，这种方法能够减小对日跟踪的误差，实现高精度地对日跟踪，并能使太阳能热发电系统具有较好的工作稳定性。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供太阳能热发电系统的对日跟踪方法的一种具体实施方式的流程框图。

在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明所提供的对日跟踪方法用于碟式太阳能热发电系统，其主要包括如下步骤：

S11：采集太阳图像信息，并通过软件对太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置。

太阳图像信息能够直接、准确地反映太阳位置，从而便于后续分析、计算当前太阳和聚光碟的相对位置关系，进而保证上述对日跟踪方法的直接性和准确性。

具体地，可以采用摄像机拍摄太阳图像，该摄像机可以具体安装于聚光碟支撑主轴的后端，通过摄像机拍摄太阳图像的方式简单、操作方便，稳定性较好。此外，通过太阳图像获取太阳位置的方式，相比较现有技术中采用光电传感器来检测太阳与聚光碟的相对位置的方式，具有较强的稳定性，避免由于天气等外界环境的影响而造成频繁误操作现象的发生。当然，也可以采用其他方式采集太阳图像信息。

具体地，可以通过软件对太阳图像进行处理，来识别太阳位置且判断光照强度，从而更加全面地获知周围复杂的环境情况，提高识别太阳位置的准确度。并且，通过软件的方法设置偏差校正反馈量，这个处理过程不受硬件和环境干扰，相比较利用光电传感器识别太阳位置的方案，有效地解决了光电传感器的不足，并能够在一定程度上节约系统成本，且易于对系统进行升级换代，添加新的功能。

S12：检测聚光碟的位置，根据太阳的位置和聚光碟的位置获取聚光碟和太阳光线的偏差；

这里可以通过检测聚光碟的高度角和方位角来获取聚光碟的位置，具体地，可以通过两个角度传感器分别实时检测聚光碟的高度角和方位角。

S13：根据偏差控制碟式太阳能热发电系统的聚光碟的位置，以使太阳光的光线经聚光碟反射后完全聚焦。

由上述控制过程可以看出，上述对日跟踪方法按照获取太阳图像信息-获取太阳位置、聚光碟位置-计算偏差-根据偏差控制聚光碟动作的顺序实现了对误差的偏差校正，消除了聚光碟运行过程中的积累误差，实现了太阳的准确跟踪，增强了对太阳入射光线的聚焦精度，大大提高了碟式太阳热发电系统的工作稳定性。

还可以进一步设置上述对日跟踪方法的具体执行步骤。

请参考图2，图2为本发明所提供太阳能热发电系统的对日跟踪方法的另一种具体实施方式的流程框图。

在另一种具体实施方式中，如图2所示，上述对日跟踪方法可以具体包括：

S21：采集太阳图像信息，并对太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；

S211：判断步骤S21是否获取了太阳的位置，若是，则执行步骤S22，若不能，则执行步骤S24；

S22：检测聚光碟的位置，并根据太阳的位置和聚光碟的位置获取聚光碟和太阳光线的偏差；

S23：根据偏差控制碟式太阳能热发电系统的聚光碟的位置，以使太阳光的光线经聚光碟反射后完全聚焦。

S24：按照天文算法控制所述聚光碟的位置。

采用这种方法，上述步骤S211和步骤S24充分考虑了当天气情况异常、不容易拍摄到太阳图像时(例如阴天云遮挡太阳，或者雨雪天气)的情况，通过对摄像机拍摄的太阳图像并不能得到太阳位置，当然也无法判断聚光碟与太阳光线的偏差，此时聚光碟只需采用天文算法控制即可。这种对日跟踪方法节省了在特殊情况下的能耗，并且避免了现有技术中的误操作现象，大大提高了碟式太阳能热发电系统的工作稳定性。

在另一种具体实施方式中，如图2所示，上述对日跟踪方法的步骤S211和步骤S23之间还可以包括：

步骤S221：判断偏差是否在允许范围内，若是，则执行步骤S24；若不是则执行步骤S23。

采用这种方法，即首先预设一个能够保证碟式太阳能热发电系统稳定工作的误差允许范围，并且通过步骤S221允许安装误差、系统误差等在该范围内发生，这使得碟式太阳能热发电系统在一定时间段内有一个“积累”误差的过程，直至误差积累到超出允许范围时，对日跟踪系统才会根据偏差进行反馈控制，以消除偏差。由此可见，这种只在小范围内改变太阳给定位置的输出值的方法在保证碟式太阳能热发电系统稳定工作的同时，还最大可能地节省了能源功耗，既继承了天文算法太阳跟踪方法的鲁棒性强的特点，同时还能改善天文算法的精确度不高、自身不能消除系统误差的缺点。

下面通过列举各种类型的太阳图像来具体讲解上述对日跟踪方法的实施步骤。

请参考图3至图6，图中A所示为摄像机调整焦距后设定的基准视野范围，图中B所示为系统在初期校正后准确跟踪时拍摄的太阳图像经软件计算后得到的基准面域，图中O点为摄像机的视野中心，图中C为当前拍摄到的太阳位置面域，实际控制过程中通过比较B、C的位置偏差来计算聚光碟与太阳光线的偏差。

当拍摄到的图像如图3所示时，由于该图中B和C重合，因此通过图3计算后得到的聚光碟和太阳光线的偏差为零，即聚光碟已经达到准确跟踪，此时只需按照天文算法运行对日跟踪系统。

当拍摄到的图像如图4或图5所示时，这两幅图中B和C的重合度较小，尤其图4中二者完全不重合，则通过图4计算获取的偏差在允许范围之外，且偏差较大，通过图5计算获取的偏差在允许范围之外，且偏差较小。因此，针对图4，需要较大程度地改变聚光碟的位置以消除误差，针对图5，只需较小程度地改变聚光碟的位置以消除误差。

当拍摄到的图像如图6所示时，由于该图中B和C的位置重合度较高，因此通过图6计算后得到的聚光碟和太阳光线的偏差在允许范围内，按照天文算法控制所述聚光碟的位置即可。

在另一种具体实施方式中，上述对日跟踪方法的步骤S23还可以具体包括：

S231：根据偏差计算聚光碟的方位角、高度角的偏差校正值；

S232：判断偏差校正值是否大于校正限幅值，若是，执行步骤S233；若不是，执行步骤S234；

S233：按照校正限幅值调整聚光碟的位置；

S234：按照偏差校正值调整聚光碟的位置。

采用这种方法，通过预设一个校正限幅值来限制允许调整的最大偏差校正值，例如，如果太阳天文算法的包括跟踪误差在内的所有误差在2°以内，可以设定校正限幅值也为2°，这样，在上述对日跟踪控制方法的控制过程中的最大偏差校正值即为2°，这就避免了对日跟踪方法的控制过程中由于突发故障导致突然大幅度改变聚光碟的角度等误操作现象的发生。进一步保证了对日跟踪方法的准确性和安全性。

在另一种具体实施方式中，上述碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法还包括：

获取当前风速、当前风向信号，并判断风速是否过大，若是，则根据风向开启太阳能热发电系统的避风保护装置；若不是，则保持避风保护装置为关闭状态。

采用这种方法，能够对聚光碟起到一定的保护作用，防止风速过大或风向过偏而对聚光碟造成破坏，进一步保证太阳能热发电系统的工作稳定性和可靠性。由于避风保护装置的结构是现有技术，在此不在赘述。

此外，本发明还提供一种用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，对日跟踪系统包括图像采集部件1、位置检测部件5、控制器2和执行机构3。

图像采集部件1用于采集太阳图像信息；

位置检测部件5用于检测聚光碟的位置；

控制器2，包括相互连接的图像处理单元21、计算单元22和指令输出单元23；图像处理单元21与图像采集部件1连接，用于对太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；计算单元22用于根据太阳的位置和聚光碟的位置获取聚光碟和太阳光线的偏差；指令输出单元23用于根据偏差获取并输出调整太阳能热发电系统的聚光碟的偏差校正值，以使太阳光的光线经聚光碟反射后完全聚焦；

执行机构3，与控制器2连接，用于根据偏差校正值调整聚光碟的位置。具体地，执行机构3可以包括伺服驱动器、伺服电机和传动装置的运动过执行机构3，具体通过改变聚光碟的高度角和方位角进行位置调整。

进一步的方案中，上述控制器2还可以用于判断分析处理单元是否获取了太阳的位置，并在未获取太阳的位置时，输出按照天文算法控制聚光碟位置的控制指令。

更进一步的方案中，上述述控制器2还可以用于判断偏差是否在允许范围内；若是则输出按照天文算法控制聚光碟位置的指令，若不是则根据偏差获取并输出偏差校正值。

另一种具体实施方式中，上述控制器2还可以用于根据偏差计算聚光碟的方位角、高度角的偏差校正值，并判断偏差校正值是否大于校正限幅值，若是则输出校正限幅值；若不是则输出偏差校正值。

另一种具体实施方式中，上述对日跟踪系统还包括连接于控制器2输入端的风速风向检测部件4，用于检测当前风速、风向信号；

控制器2还用于判断风速是否过大或风向是否过偏，若是则输出开启太阳能热发电系统的避风保护装置的指令。

由于上述碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法具有上述技术效果，因此，与之对应的对日跟踪系统也应当具有相应的技术效果，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法和跟踪系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采集太阳图像信息，并通过软件对所述太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；

2)检测所述聚光碟的位置，根据所述太阳的位置和所述聚光碟的位置，获取聚光碟和太阳光线的偏差；

3)根据所述偏差控制所述碟式太阳能热发电系统的聚光碟的位置，以使所述太阳光的光线经所述聚光碟反射后完全聚焦。

2.根据权利要求1所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)之间还设有步骤

11)判断所述步骤1)是否获取了所述太阳的位置，若是，则执行步骤2)，若不能，则执行步骤4)：

4)按照天文算法控制所述聚光碟的位置。

3.根据权利要求2所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤11)和所述步骤3)之间还设有步骤

21)判断所述偏差是否在允许范围内，若是，则执行步骤4)；若不是则执行步骤3)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：

31)根据所述偏差计算所述聚光碟的方位角、高度角的偏差校正值；

32)判断所述偏差校正值是否大于校正限幅值，若是，执行步骤33)；若不是，执行步骤34)；

33)按照所述校正限幅值调整所述聚光碟的位置；

34)按照所述偏差校正值调整所述聚光碟的位置。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪方法，其特征在于，还包括：

获取当前风速、当前风向信号，并判断所述风速是否过大或风向过偏，若是，则开启所述太阳能热发电系统的避风保护装置；若不是，则保持所述避风保护装置为关闭状态。

6.用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，其特征在于，所述对日跟踪系统包括：

图像采集部件(1)，用于采集太阳图像信息；

位置检测部件(5)，用于检测聚光碟的位置；

控制器(2)，包括依次连接的图像处理单元(21)、计算单元(22)和指令输出单元(23)；所述图像处理单元(21)与所述图像采集部件(1)连接，用于对所述太阳图像信息进行分析处理，以获取太阳的位置；所述计算单元(22)用于根据所述太阳的位置和聚光碟的位置获取聚光碟和太阳光线的偏差；所述指令输出单元(23)用于根据所述偏差获取并输出调整所述太阳能热发电系统的聚光碟的偏差校正值，以使太阳的光线经所述聚光碟反射后完全聚焦；

执行机构(3)，与所述控制器(2)连接，用于根据所述偏差校正值调整所述聚光碟的位置。

7.根据权利要求6所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，其特征在于，所述控制器(2)还用于判断所述分析处理单元是否获取了所述太阳的位置，并在未获取所述太阳的位置时，输出按照天文算法控制所述聚光碟位置的控制指令。

8.根据权利要求7所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，其特征在于，所述控制器(2)还用于判断所述偏差是否在允许范围内；若是则输出按照天文算法控制聚光碟位置的指令，若不是则根据所述偏差获取并输出所述偏差校正值。

9.根据权利要求6-8任一项所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，其特征在于，所述控制器(2)还用于根据所述偏差计算所述聚光碟的方位角、高度角的偏差校正值，并判断所述偏差校正值是否大于校正限幅值，若是则输出校正限幅值；若不是则输出偏差校正值。

10.根据权利要求6-8任一项所述的用于碟式太阳能热发电系统的对日跟踪系统，其特征在于，所述对日跟踪系统还包括连接于所述控制器(2)输入端的风速风向检测部件(4)，用于检测当前风速、风向信号；

所述控制器(2)还用于判断所述风速是否过大或风向是否过偏，若是则输出开启太阳能热发电系统的避风保护装置的指令。

Images