CN105628345B - 线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入cpc率的测试设备及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反射光线测试设备技术领域，具体涉及线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备及测试方法。一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，其特征在于包括电动机光电倍增管PMT、轨道、镜元、水平仪和激光笔，所述光电倍增管PMT分为光电倍增管PMT分为第一光电倍增管PMT、第二光电倍增管PMT、第三光电倍增管PMT和第四光电倍增管PMT，轨道分为第一轨道和第二轨道。为镜厂的布置提供了指导标准，提高线性菲涅尔镜厂的安装精度，线性菲涅尔镜厂的一个镜元的安装精度提高0.1°，该镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率提高10％—15％。

Description

线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备及测 试方法

技术领域

本发明涉及一种反射光线测试设备技术领域，具体涉及线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备及测试方法。

背景技术

一次反射镜反射光线进入CPC率的大小直接影响线性菲涅尔聚光器的效率，及其测试设备的准确性，进而直接关系到整个镜厂的布置方式，从而影响工作效率及太阳能利用率。

太阳位置算法是对“天球模型中太阳位置”计算方法的统称，简称SPA(SolarPosition Algorithm)。SPA主要分为理论展开式法(Theoretical Expanding Process，简称TEP-SPA)和数字模拟法(Numerical Fitting Process，简称NFP-SPA)两种，NEP-SPA是从某年的天文年历中将所需计算参数的逐日值录出作为因变量，以积日为自变量，然后借助傅里叶回归法，求出各项的相应系数。我们利用SPA算法确定出太阳高度角，然后用９０°－太阳高度角的出激光笔的角度，进行操作测试。目前镜片安装技术普遍依靠SPA技术确定当地太阳高度角。但实际操作中镜片安装角度与理论计算角度存在误差，直接影响使用效率。

现有文献中还未找到线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，为了给线性菲涅尔镜厂的安装提供参照，研发了线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，提高镜厂的安装精度，从而提高发电效率。

发明内容

本发明的目在于提供一种提高线性菲涅尔镜厂的安装精度、发电效率高的线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备及测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，其特征在于包括电动机光电倍增管PMT、轨道、镜元、水平仪和激光笔，所述光电倍增管PMT分为光电倍增管PMT分为第一光电倍增管PMT、第二光电倍增管PMT、第三光电倍增管PMT和第四光电倍增管PMT，轨道分为第一轨道和第二轨道；

所述电动机固定在支架上，电动机的转轴和第一滑轮固定连接，第一轨道和第二轨道的两端分别固定在支架上，第一轨道和第二轨道上设有滑块，滑块沿第一轨道和第二轨道滑动，滑块上设有激光笔，激光笔一端固定在滑块上，激光笔沿固定端转动，滑块两侧设有绳索，绳索分别与第一滑轮和第二滑轮相连，第二滑轮通过滑轮固定架与支架转动联接；

镜元中部安装水平仪倾角传感器，镜元两端安装第二光电倍增管PMT和第三光电倍增管PMT；

CPC聚光器的开口上连接横板，CPC聚光器的开口宽度和横板长度一致，横板两边上安装有第一光电倍增管PMT和第四光电倍增管PMT。

所述倾角传感器、水平仪、第二光电倍增管PMT和第三光电倍增管PMT上设有吸盘。

所述滑块上装有激光笔，滑块带动激光笔移动，激光笔一端与滑块活动连接，激光笔另一端旋转调节角度。

一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备的测试方法，具体步骤如下：

A、将水平仪放置于镜元上面的中心，调整镜元水平，读取此时倾角传感器示数α，作为倾角传感器的补偿角度α，倾角传感器的补偿角度和倾角传感器的角度β,形成组合角度α±β；

B、采用传统SPA太阳位置算法，计算出该时刻位于该地理位太阳光线的高度角φ；

C、激光笔旋转到指定角度γ和高度角φ的和为90°，γ+φ=90°；

D、CPC聚光器的中心跟要测的镜元中心组成的直线与水平面形成的角度为ψ，如果太阳光线照射方向和CPC聚光器在要测镜元16的异侧，根据公式计算出要测的镜元的倾角度数α±β=90°－φ－{（180°－φ－ψ）／2}=（ψ／2）－（φ／2），如果太阳光线照射方向和CPC聚光器在要测镜元的同侧，根据公式计算出要测的镜元的倾角度数α±β=90°－φ-{（ψ－φ）／2}=90°-{（φ－ψ）／2}，利用倾角传感器指导镜元调节到β；

E、将第二光电倍增管PMT和第三光电倍增管PMT安装在此时要测的镜元的两边，第二光电倍增管PMT、第三光电倍增管PMT与要测的镜元开口边缘处在同一条线，并和镜元面垂直；

F、调节电动机上的变速齿轮箱，设定到所要求的速度υ，其范围在20㎜／s—50㎜／s之间，启动电源，电动机带动第一滑轮转动，此时第一滑轮通过绳索带动滑块移动，同时绳索绕过第二滑轮且带动第二滑轮转动，滑块上装有激光笔，滑块的移动同时带动激光笔移动，激光笔可以绕和滑块上的联接处转动，所以将激光笔旋转到指定角度γ进行工作，即γ=90°-φ；

G、激光笔的初始点在轨道的一端，终止点则在轨道的另一端，激光笔在移动过程中，发出激光被镜元上的第二光电倍增管PMT和第三光电倍增管PMT接受，并判断出经过第二光电倍增管PMT和第三光电倍增管PMT的中间点所需时间t₀。同时镜元将光线反射到CPC聚光器开口的横板上，被上部的第一光电倍增管PMT和第四光电倍增管PMT接受，判断出经过横板上的第一光电倍增管PMT和第四光电倍增管PMT中间点所需时间t，两个时间做比较η=t／t_0，得出一个镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率；

H、调节镜元安装角度β，再次进行上述测试，η控制在0.96-1之间完成单片镜片的调节工作，用上述同样的方法测试下一个镜元，直至整组镜片调试完毕。

所述步骤H中通过调节镜元安装角度β改变一次反射镜反射光线进入CPC率η。

本发明与背景技术相比，具有以下有益效果：

1、设计了检测设备，为镜厂的布置提供了指导标准，提高线性菲涅尔镜厂的安装精度，线性菲涅尔镜厂的一个镜元的安装精度提高0.1°，该镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率提高10％—15％。

2、激光笔匀速移动，同时运用光电倍增管PMT测出经过镜元的时间和CPC聚光器开口的时间，两个时间相比得出一次反射镜反射光线进入CPC率；一次反射镜反射光线进入CPC率η越接近1工作效果越好。

3、将水平仪放置于镜面中心，调整镜面水平，读取此时倾角传感器示数，作为倾角传感器的补偿角度，同时以倾角传感器角度和倾角传感器的补偿角度组合形成的角度来指导镜元选转角度，精度高，误差小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为滑块和激光笔的连接示意图；

图4为激光笔照射方向和CPC聚光器在要测镜元异侧的角度关系图；

图5为激光笔照射方向和CPC聚光器在要测镜元同侧的角度关系图；

图6为镜元的补偿角度和测量角度图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，包括电动机1、光电倍增管PMT、轨道、镜元、水平仪和激光笔，所述光电倍增管PMT分为光电倍增管PMT分为第一光电倍增管PMT3、第二光电倍增管PMT10、第三光电倍增管PMT14和第四光电倍增管PMT15，轨道分为第一轨道5和第二轨道9；

所述电动机1固定在支架19上，电动机1的转轴和第一滑轮2固定连接，第一轨道5和第二轨道9的两端分别固定在支架19上，第一轨道5和第二轨道9上设有滑块6，滑块6沿第一轨道5和第二轨道9滑动，滑块6上设有激光笔7，激光笔7一端固定在滑块6上，激光笔7沿固定端转动，滑块6两侧设有绳索8，绳索8分别与第一滑轮2和第二滑轮18相连，第二滑轮18通过滑轮固定架17与支架19转动联接；

镜元16中部安装水平仪13和倾角传感器11，镜元16两端安装第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14；

CPC聚光器4的开口上连接横板12，CPC聚光器4的开口宽度和横板12长度一致，横板12两边上安装有第一光电倍增管PMT3和第四光电倍增管PMT15。

所述倾角传感器11、水平仪13、第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14上设有吸盘。

所述滑块6上装有激光笔7，滑块6带动激光笔6移动，激光笔6一端与滑块6活动连接，激光笔（7）另一端旋转调节角度。

一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备的使用方法，其特征在于具体步骤如下：

A、将水平仪13放置于镜元16上面的中心，调整镜元16水平，读取此时倾角传感器11示数α，作为倾角传感器11的补偿角度α，倾角传感器11的补偿角度和倾角传感器11的角度β,形成组合角度α±β；

B、采用传统SPA太阳位置算法，计算出该时刻位于该地理位太阳光线的高度角φ；

C、激光笔7旋转到指定角度γ和高度角φ的和为90°，γ+φ=90°；

D、CPC聚光器4的中心跟要测的镜元16中心组成的直线与水平面形成的角度为ψ，如果太阳光线照射方向和CPC聚光器在要测镜元16的异侧，根据公式计算出要测的镜元16的倾角度数α±β=90°－φ－{（180°－φ－ψ）／2}=（ψ／2）－（φ／2），如果太阳光线照射方向和CPC聚光器在要测镜元16的同侧，根据公式计算出要测的镜元16的倾角度数α±β=90°－φ-{（ψ－φ）／2}=90°-{（φ－ψ）／2}，利用倾角传感器11指导镜元16调节到β；

E、将第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14安装在此时要测的镜元16的两边，第二光电倍增管PMT10、第三光电倍增管PMT14与要测的镜元16开口边缘处在同一条线，并和镜元16面垂直；

F、调节电动机1上的变速齿轮箱，设定到所要求的速度υ，其范围在20㎜／s—50㎜／s之间，便于人眼观察和数据记录。启动电源，电动机1带动第一滑轮2转动，此时第一滑轮2通过绳索8带动滑块6移动，同时绳索8绕过第二滑轮18且带动第二滑轮18转动，滑块6上装有激光笔7，滑块6的移动同时带动激光笔7移动，激光笔7可以绕和滑块6上的联接处转动，所以将激光笔7旋转到指定角度γ进行工作，即γ=90°-φ；

G、激光笔7的初始点在轨道的一端，终止点则在轨道的另一端，激光笔7在移动过程中，发出激光被镜元16上的第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14接受，并判断出经过第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14的中间点所需时间t₀。同时镜元16将光线反射到CPC聚光器4开口的横板12上，被上部的第一光电倍增管PMT3和第四光电倍增管PMT15接受，判断出经过横板上的第一光电倍增管PMT3出一个镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率；

H、调节镜元16安装角度β，再次进行上述测试，η控制在0.96-1之间完成单片镜片的调节工作，用上述同样的方法测试下一个镜元，直至整组镜片调试完毕，通过调节镜元16安装角度β改变一次反射镜反射光线进入CPC率η。缩小了镜片实际安装角度与理论计算角度存在误差，大幅提高了镜片使用效果。

同时为了提高提高该镜元16的反射关系进入ＣＰＣ率，需要提高镜厂的安装精度，利用上述设备和测试方法指导镜厂进行安装，需要做到以下步骤；

１、根据要测的镜元跟ＣＰＣ的位置关心精准确定CPC聚光器4的中心跟要测的镜元16中心组成的直线与水平面形成的角度ψ，使ψ值靠近真实值；

２、调节角度γ，φ=90°-γ，使φ无限接近ＳＰＡ计算出的角度；

３、计算组合角度α±β=（ψ／2）－（φ／2），或α±β=90°-{（φ－ψ）／2}，最大限度精确α±β的位数，提高α±β的准确度；

４、计算角度β时，精准确定α的正负值，防止计算失误；

５、镜元16安装角度向β无限靠近。

以大成公司案例举例说明

试验时间：2015年9月17日下午4点左右

实验地点：兰州大成科技股份有限公司园区（36°31'57.93N,103°39'57.28"E），

实验对象：西4镜元，线性菲涅尔镜厂由许多南北放置的镜元16组成，西4镜元指在诸多镜元16中，从CPC聚光器的垂直下方开始向西开始数第四个镜元，镜元宽度760㎜，镜元间距为270㎜，

实验步骤：

第一步：调节电动机1上的变速齿轮箱，设定到所要求的速度30㎜／s;

第二步：将下午4点和地址（36°31'57.93N,103°39'57.28"E）已知条件代入SPA算法中，计算出该时刻位于该地理位太阳光线的高度角φ=52°左右，调节激光笔7旋转到γ=90°-φ=90°-52°=38°左右；

第三步：将水平仪13放置于镜元16上面的中心，调整镜元16水平，读取此时倾角传感器11示数α=0.3°，CPC聚光器4的中心跟要测的镜元16中的西4镜元的中心组成的直线与水平面形成的角度为ψ=73.14°φ=90°-γ=90°-38°=52°，α±β=（ψ／2）－（φ／2）=（73.14°／2）-（52°／2）=10.6°，测量时α为负偏差，即β=10.6°-α=10.6°-0.3°=10.3°，所以再将镜元16的倾角调节到10.3°。

第四步：启动电源，装有激光笔7的滑块6在第一轨道5和第二轨道9以移动，同时激光笔7发出激光被第二光电倍增管PMT10和第三个光电倍增管PMT14接受；

第五步：记录激光扫射第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14的时间差为t₀=27.2s;

第六步：镜元16将光线横板上的第一光电倍增管PMT3和第四光电倍增管PMT15上，记录时间t=26.1s；

第七部：η=t／t₀=26.1／27.2=0.96，得到西4镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率。为了得到安装精度对，一次反射镜反射光线进入CPC率的影响程度，将安装精度偏离精准的安装角度β，进行对20列镜元重复测试多次得到线性菲涅尔镜厂的安装精度提高0.1°，一次反射镜反射光线进入CPC率提高10％—15％。

第八步：重复上述操作，测试下一个镜元。

下面结合甘肃省兰州新区兰州大成科技股份有限公司园区内搭建的试验台对本发明进一步说明。

试验时间：2015年9月17日下午4点左右

实验地点：兰州大成科技股份有限公司园区（36°31'57.93N,103°39'57.28"E）

实验对象：西4镜元，镜元宽度760㎜

实验步骤：

第一步：调节电动机1上的变速齿轮箱，设定到所要求的速度30㎜／s;

第二步：调节激光笔7旋转到38°左右；

第三步：将水平仪14放置于镜元16上面的中心，调整镜元16水平，读取此时倾角传感器11示数0.3°，然后再西4镜元16的倾角调节到10.3°；

第四步：启动电源，装有激光笔7的滑块6在第一轨道5和第二轨道9以移动，同时激光笔7发出激光被第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14接受；

第五步：记录激光扫射第二光电倍增管PMT10和第三光电倍增管PMT14的时间差为27.2s;

第六步：镜元16将光线横板上的第一光电倍增管PMT3和第四光电倍增管PMT15上，记录时间为26.1s；

第七部：η=26.1／27.2=0.96，得到西4镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率。

第八步：重复上述操作，测试下一个镜元。

实验步骤的补充与改进：

特殊情况下，对镜元进行一次测试操作，无法确定测试结果的有效性，所以对同一个镜元多次重复测试，并对数据进行对比分析，舍去误差较大的数据，然后进行累计计算。

Claims (5)

1.一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，其特征在于包括电动机（1）、光电倍增管PMT、轨道、镜元、水平仪和激光笔，所述光电倍增管PMT分为第一光电倍增管PMT（3）、第二光电倍增管PMT（10）、第三光电倍增管PMT（14）和第四光电倍增管PMT（15），轨道分为第一轨道（5）和第二轨道（9）；所述电动机（1）固定在支架（19）上，电动机（1）的转轴和第一滑轮（2）固定连接，第一轨道（5）和第二轨道（9）的两端分别固定在支架（19）上，第一轨道（5）和第二轨道（9）上设有滑块（6），滑块（6）沿第一轨道（5）和第二轨道（9）滑动，滑块（6）上设有激光笔（7），激光笔（7）一端固定在滑块（6）上，激光笔（7）沿固定端转动，滑块（6）两侧设有绳索（8），绳索（8）分别与第一滑轮（2）和第二滑轮（18）相连，第二滑轮（18）通过滑轮固定架（17）与支架（19）转动联接； 镜元（16）中部安装水平仪（13）和倾角传感器（11），镜元（16）两端安装第二光电倍增管PMT（10）和第三光电倍增管PMT（14）；CPC聚光器（4）的开口上连接横板（12），CPC聚光器（4）的开口宽度和横板（12）长度一致，横板（12）两边上安装有第一光电倍增管PMT（3）和第四光电倍增管PMT（15）。

2.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，其特征在于所述倾角传感器（11）、水平仪（13）、第二光电倍增管PMT（10）和第三光电倍增管PMT（14）上设有吸盘。

3.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备，其特征在于所述滑块（6）上装有激光笔（7），滑块（6）带动激光笔（7）移动，激光笔（7）一端与滑块（6）活动连接，激光笔（7）另一端旋转调节角度。

4.根据权利要求1至3中任一所述的一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备的测试方法，其特征在于具体步骤如下：

A、将水平仪（13）放置于镜元（16）上面的中心，调整镜元（16）水平，读取此时倾角传感器（11）示数α，作为倾角传感器（11）的补偿角度α，倾角传感器（11）的补偿角度和倾角传感器（11）的角度β,形成组合角度α± β；

B、采用传统SPA太阳位置算法，计算出该时刻位于该地理位太阳光线的高度角φ；

C、激光笔（7）旋转到指定角度γ和高度角φ的和为90°，γ+φ=90°；

D、CPC聚光器（4）的中心跟要测的镜元（16）中心组成的直线与水平面形成的角度为ψ，如果太阳光线照射方向和CPC聚光器在要测镜元（16）的异侧，根据公式计算出要测的镜元（16）的倾角度数α± β=90°－φ－{（180°－φ－ψ）／2}=（ψ／2）－（φ／2），如果太阳光线照射方向和CPC聚光器在要测镜元（16）的同侧，根据公式计算出要测的镜元（16）的倾角度数α±β=90°－φ-{（ψ－φ）／2}=90°-{（φ－ψ）／2}，利用倾角传感器（11）指导镜元（16）调节到β；

E、将第二光电倍增管PMT（10）和第三光电倍增管PMT（14）安装在此时要测的镜元（16）的两边，第二光电倍增管PMT（10）、第三光电倍增管PMT（14）与要测的镜元（16）开口边缘处在同一条线，并和镜元（16）面垂直；

F、调节电动机（1）上的变速齿轮箱，设定到所要求的速度υ，其范围在20㎜ ／s—50㎜ ／s之间，启动电源，电动机（1）带动第一滑轮（2）转动，此时第一滑轮（2）通过绳索（8）带动滑块（6）移动，同时绳索（8）绕过第二滑轮（18）且带动第二滑轮（18）转动，滑块（6）上装有激光笔（7），滑块（6）的移动同时带动激光笔（7）移动，激光笔（7）可以绕和滑块（6）上的联接处转动，所以将激光笔（7）旋转到指定角度γ进行工作，即γ=90°-φ；

G、激光笔（7）的初始点在轨道的一端，终止点则在轨道的另一端，激光笔（7）在移动过程中，发出激光被镜元（16）上的第二光电倍增管PMT（10）和第三光电倍增管PMT（14）接受，并判断出经过第二光电倍增管PMT（10）和第三光电倍增管PMT（14）的中间点所需时间t0，同时镜元（16）将光线反射到CPC聚光器（4）开口的横板（12）上，被上部的第一光电倍增管PMT（3）和第四光电倍增管PMT（15）接受，判断出经过横板上的第一光电倍增管PMT（3）和第四光电倍增管PMT（15）中间点所需时间t，两个时间做比较η=t／t0，得出一个镜元的一次反射镜反射光线进入CPC率；

H、调节镜元（1６）安装角度β，再次进行上述测试，η控制在0 .96-1之间完成单片镜片的调节工作，用上述同样的方法测试下一个镜元，直至整组镜片调试完毕。

5.根据权利要求4所述的一种线性菲涅尔一次反射镜反射光线进入CPC率的测试设备的测试方法，其特征在于步骤H中通过调节镜元（1６）安装角度β改变一次反射镜反射光线进入CPC率η。