CN103032974A - 一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置及其校正方法 - Google Patents

一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置及其校正方法 Download PDF

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王振声
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Abstract

本发明公开了一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置及其校正方法，其特征在于：包括像靶、与显示设备相连的视频采集器和固定在定日镜立柱上的由多块子镜构成的定日镜；所述像靶置于所述定日镜的前端预定的位置，距所述定日镜水平距离为D；所述视频采集器的镜头正对调整的所述定日镜，所述视频采集器用于观测通过所述定日镜表面反射的所述像靶的虚像。本发明通过对显示设备上的像靶的虚像进行观测随时调整定日镜子镜的角度，具有方法简单实用，高精度调整，夜间也可操作等优点。

Description

一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置及其校正方法
技术领域
本发明属于太阳能利用领域，涉及太阳能塔式热发电中定日镜的曲面调整校正，具体地说是一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置及其校正方法。
背景技术
在现有的太阳能塔式光热发电领域，多组定日镜将光线会聚到塔顶的集热器上，集热器进行光热转换，将热量传输到后端进行发电。定日镜与集热器的距离根据电厂的规模不同而不同，通常距离在几十米至几百米不等。以北京延庆的1MW电站为例，定日镜距集热器的理论距离在120-300米之间。由于定日镜距离集热器较远，为了保证镜场的集光效率，对定日镜本身的反射镜质量、组装调整及跟踪都有非常高的要求。
为了保证聚焦光斑的会聚精度，要求定日镜的反射镜面是曲率为固定半径R的曲面，R通常大于100米。由于定日镜面积巨大，通常由若干个子镜构成，每个子镜都为曲率为1/R的曲面，这些子镜又组成一个半径为R的球面。如何将各个子镜调整到半径为R的球面上组成定日镜的曲面即为定日镜面型调整。
目前通用的定日镜面型调整办法为：通过太阳光线将定日镜各个子镜的反射光斑聚焦在焦平面附近的接收区，通过CCD或肉眼观测聚焦光斑的形状，将每个子镜的聚焦光斑都调整到接收区的中心位置。使用该方法主要存在的问题如下：
1、球面镜只有在光线沿着球面顶点法线的照射时反射光线的光斑比较规则，当入射角度偏大时，反射光斑是不规则的形状，无法确定其中心位置，这种情况下调整会造成更大的调整误差。
2、该方法在调整过程中，由于太阳光线一直在改变，改了使定日镜聚焦光斑始终在指定位置，其定日镜角度也跟着改变，人员在定日镜上进行调整，存在安全隐患。
3、在调整过程中，CCD和肉眼观测都只能观察光斑的光强度，而不是光斑的热量分布。实际中由于会聚的光斑强度非常高，会看到一个比较大的亮斑，无法辨识该光斑的热量中心，在调整时会造成调整偏差，导致调整精度低，会聚光斑变大，系统效率降低。
4、通常塔式的吸热器要求入射的光强度要尽量平均，在理论设计时都要将会聚光斑尽量均匀，由于实际的调整误差导致无法确定光斑是否与理论设计相符，可能存在个别区域光线过于集中，造成吸热器烧毁的严重后果。
5、该方法在没有太阳的情况下无法进行调整，效率低。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置及其校正方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置，其特征在于：
包括像靶、与显示设备相连的视频采集器和固定在定日镜立柱上的由多块子镜构成的定日镜；
所述像靶置于所述定日镜的前端预定的位置，距所述定日镜水平距离为D，0m＜D＜50m；
所述视频采集器的镜头正对调整的所述定日镜，所述视频采集器用于观测通过所述定日镜表面反射的所述像靶的虚像。
优选地，所述像靶是由定日镜理想表面曲率利用光线反向追踪的方法制作的。
优选地，所述视频采集器为CCD图像传感器或摄像头。
本发明还公开了一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置的校正方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将由定日镜理想表面曲率利用光线反向追踪的方法制作的像靶置于固定有定日镜的定日镜立柱的前端，所述像靶距离所述定日镜的水平距离为D，0m＜D＜50m；
2）设置视频采集器，通过观测所述定日镜表面反射所述像靶的虚像，从而判断所述定日镜上各子镜的角度偏差；
3）调整所述定日镜上的子镜直至所述像靶上的虚像和所述定日镜上的子镜一一对应。
本发明所述的像靶上的图像为具有规律的图片或曲线，对应的每个区域的颜色均不相同且边界清晰；所述的视频采集器为CCD图像传感器、摄像头，不局限于上述的两种，还可为其他视频采集设备。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、调整精度可根据要求进行设计调整。由于像靶的加工基本没有误差，将像靶与定日镜距离适当拉长，则可以提高到需要的精度，通常该距离在10米左右即可以调整精度满足要求；
2、定日镜角度固定，不存在跟踪时潜在的风险：由于视频采集和像靶位置固定，定日镜作为反射装置，也必然固定不动；
3、由于调整精度的提高，吸热器表面的热量分布更接近于理论设计情况，有利于延长吸热器寿命；
4、由于不使用太阳光线，所以没有太阳情况下也可调整，即使在夜间，只要把像靶照亮，也可以进行调整，不受时间限制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明调整校正装置的结构示意图。
图2是本发明定日镜表面结构示意图，以3*3组子镜组成为例。
图3是本发明像靶的结构示意图。
图4是本发明定日镜子a不存在角度偏差时的观测情况示意图。
图5是本发明定日子镜a存在角度偏差时的观测对比情况示意图。
图中：1、像靶 2、视频采集器 3、定日镜立柱 4、定日镜
D为像靶到定日镜的距离；
a、b、c、d、e、f、g为定日镜各子镜；
a’、b’、c’、d’、e’、f’、g’为像靶上的各子镜对应图像；
l1、l2、l1’、l2’、l1”、l2”为观测视线；
∠A为定日镜子镜的角度偏差；
∠B为反射观测视线的角度偏差
j为角度偏差造成的观测像位置偏差。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置，包括像靶1、与显示设备相连的视频采集器2和固定在定日镜立柱3上的由多块子镜构成的定日镜4。所述像靶1是由定日镜理想表面曲率利用光线反向追踪的方法制作的，所述像靶1的图像为具有规律的图片或曲线；所述视频采集器2为摄像头或CCD图像传感器或其他视频采集设备，视频采集器2放置位置可以在镜场的接收塔上，也可以在其他位置，所述视频采集器2的采集镜头始终正对着在调整的定日镜4，在调整校正子镜角度时通过观测视频显示设备上该子镜上的成像进行判断并调整。
本实施例中，如图1所示，将视频采集器2放置在接收塔上，可以放置在接收塔集热器的下方，也可以放在其他位置。视频采集器2像靶1放置在定日镜表面4的前端，调整定日镜整体角度，使视频采集器2通过定日镜4可以看到像靶1反射的像。像靶1和定日镜4之间的距离根据检测精度布置。如图2所示，定日镜4表面结构采用3*3组子镜，如图3所示的像靶1，对应的每个区域的颜色均不相同且边界清晰。
像靶1是根据定日镜理想表面曲率和视频采集器2的放置位置，利用光线反向追迹的方法制作，可以为有规律的图片或曲线，目的是通过定日镜4看像靶1成像时更有规律，便于判断子镜的角度是否调整到位。
如图4所示，由于像靶1是根据定日镜4的面型、从视频采集器2处逆向追迹而设计并制作。在定日镜4子镜没有任何偏差的情况下，以子镜a为例，在使用不同颜色的像靶1的情况下，通过视频显示设备观测时，会沿边缘l1、l2和反射观测线l1’、l2’至像靶1上的a’区域，所以子镜a上只显示a’区域的颜色。同理，其他各区域也只显示对应的像靶颜色，此时镜片调整完成。
如图5所示，当子镜a存在偏差情况下，观测的视线通过子镜a反射后，l1”、l2”出现了角度的偏差。令子镜a的偏差角度为∠A，观测线反射后偏差角度为∠B，根据反射定律：
∠B=2*∠A
当像靶与定日镜在同一水平面内时，该角度偏差导致的观测像的偏差为：
j＝D*tan(∠B)
即实际观测位置偏差已经达到了j的距离，所观测的图像必然会出现除像靶a’的颜色以外的颜色。根据颜色分布，对该子镜进行调节，直至a’的颜色充满子镜为止。
在同样大小的角度偏差情况下，像的位置偏差j越大，越容易分辨，即精度越高。根据公式，如果需要提高调整精度，则可以采取增加像靶1与定日镜4的距离D的方法。随着D的增加，调整的难度也会越来越高，可能会存在调整的角度很小，而像的变化过大，难以把握变化规律的问题，所以D要根据实际的精度要求及调整的难易度，折中选择。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置，其特征在于：
包括像靶（1）、与显示设备相连的视频采集器（2）和固定在定日镜立柱（3）上的由多块子镜构成的定日镜（4）；
所述像靶（1）置于所述定日镜（4）的前端预定的位置，距所述定日镜（4）水平距离为D，0m＜D＜50m；
所述视频采集器（2）的镜头正对调整的所述定日镜（4），所述视频采集器（2）用于观测通过所述定日镜（4）表面反射的所述像靶（1）的虚像。
2.根据权利要求1所述的一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置，其特征在于：所述像靶（1）是由定日镜理想表面曲率利用光线反向追踪的方法制作的。
3.根据权利要求1所述的一种用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置，其特征在于：所述视频采集器（2）为CCD图像传感器或摄像头。
4.一种如权利要求1所述的用于塔式系统定日镜反射面型调整校正装置的校正方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将由定日镜理想表面曲率利用光线反向追踪的方法制作的像靶（1）置于固定有定日镜（4）的定日镜立柱（3）的前端，所述像靶（1）距离所述定日镜（4）的水平距离为D，0m＜D＜50m；
2）设置视频采集器（2），通过观测所述定日镜（4）表面反射所述像靶（1）的虚像，从而判断所述定日镜（4）上各子镜的角度偏差；
3）调整所述定日镜（4）上的子镜直至所述像靶（1）上的虚像和所述定日镜（4）上的子镜一一对应。
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