CN106054935A - 一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统，包括聚光系统、方位测量系统、伺服传动系统及测控系统，其中聚光系统采用呈抛物线分布的多镜面阵，方位测量系统包括通过图像采集卡进行全景采集的鱼眼镜头，伺服传动系统包括与所述多平面镜配套设置的驱动电路，每一所述驱动电路均采用双轴驱动，且每一所述驱动电路包括连接于所述平面镜的传动机构、所述传动机构通过驱动步进电机组与伺服控制器连接。所述多平面镜聚光太阳能跟踪系统其通过控制平面镜的数量及将多个平面镜呈抛物线设置来控制太阳能电池表面获得的光强，使太阳能电池表面的光强达到既定条件下所承受的最佳光强，不仅结构简单、成本低廉，且聚光性好。

Description

一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统

技术领域

本发明具体涉及检测技术与自动化装置领域，具体涉及一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统。

背景技术

开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题。在新能源中，太阳能发电备受瞩目，但目前由于过高的成本，还未能充分进入市场。降低太阳能发电成本的有效途径之一是采用聚光型光伏系统，以减少给定功率所需的太阳能电池面积，用比较便宜的聚光器来部分替代昂贵的太阳电池。

一般的聚光系统包括聚光器、二次聚光器、分色镜、棱形盖板等。聚光器是聚光系统的主要组成部分。

目前聚光器一般采用光漏斗、抛物面、菲涅尔透镜三种模式。光漏斗聚光是由一个普通的单晶硅光伏电池和一个八面体反射镜围成的光漏斗组成。该装置的应用推广难点在于八面体的光漏斗加工难度较大，且不易大面积聚光。

抛物面聚光是利用抛物柱面反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。改装置的应用推广难点在于常出现太阳能转换效率不高、辐射热流分布不均匀、聚焦光斑大、局部温度过高等问题。

菲涅尔透镜聚光是由一系列同心棱形槽构成，由于它是一种同心阶梯细园槽透镜，充分运用了光学的衍射原理，消除了普通光头透镜的球差，提高了成像及光线的质量，但其制作工艺难度大费用高，难以规模化应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供了一种结构简单、聚光性好、成本低廉、能实现对太阳位置实时准备定位跟踪的多平面镜聚光太阳能跟踪系统。

本发明提供了一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统，包括聚光系统、方位测量系统、伺服传动系统及测控系统，其中：所述聚光系统采用多镜面阵，所述多镜面阵由多平面镜和伺服驱动支架组成，且所述多平面镜呈抛物线分布； 所述方位测量系统包括鱼眼镜头，所述鱼眼镜头通过图像采集卡进行全景采集； 所述伺服传动系统包括与所述多平面镜配套设置的驱动电路，每一所述驱动电路均采用双轴驱动，且每一所述驱动电路包括连接于所述平面镜的传动机构、所述传动机构通过驱动步进电机组与伺服控制器连接； 所述测控系统包括连接于电池板的具有多通道信号采集卡及连接于所述采集卡并用于对采集信号进行滤波和放大的滤波整形放大电路及工控机。

进一步地，所述驱动步进电机组包括方位驱动步进电机及仰角驱动步进电机。

进一步地，所述传动机构包括位于所述平面镜与所述驱动步进电机之间的减速器，且所述减速器为1∶32的涡轮蜗杆机构。

进一步地，所述滤波整形放大电路连接有用于检测电池板温度的变送器。

本发明提供的所述多平面镜聚光太阳能跟踪系统其通过控制平面镜的数量及将多个平面镜呈抛物线设置来控制太阳能电池表面获得的光强，使太阳能电池表面的光强达到既定条件下所承受的最佳光强，不仅结构简单、成本低廉，且聚光性好；采用鱼眼镜头进行全景采集无须考虑经纬度、海拔、季节等外围因素，适用范围大、配套算法设计难度低；每一平面镜均配设有相应的驱动电路，使得误差小、控制快。

附图说明

图1为本发明提供的一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统的结构示意图。

图2为图1中传动机构的结构示意图。

附图标号说明： 1-平面镜，2-传动机构，3-方位驱动步进电机，4-仰角驱动步进电机，5-伺服控制器，6-鱼眼镜头，7-图像采集卡，8-电池板，9-信号采集卡，10-滤波整形放大电路，11-工控机，12-减速器，13-驱动器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：请参照图1及图2，本发明提供一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统，包括聚光系统、方位测量系统、伺服传动系统及测控系统。

所述聚光系统采用多镜面阵，所述多镜面阵由多平面镜1和伺服驱动支架组成，多平面镜1构成抛物面聚光器，每个镜面将接收的太阳光反射聚焦到太阳能电池阵列表面。通过控制镜面的数量和位置来控制太阳能电池表面获得的光强，使太阳能表面的光强达到在一定条件下所承受的最佳光强。本实施例中，优选为5个平面镜，且所述5个平面镜1呈抛物线分布。

请参照图1，所述方位测量系统包括鱼眼镜头6，所述鱼眼镜头6通过图像采集卡7进行全景采集。

请参照图1及图2，所述伺服传动系统包括与所述多平面镜1配套设置的驱动电路，每一所述驱动电路均采用双轴驱动，且每一所述驱动电路包括连接于所述平面镜1的传动机构2、所述传动机构2通过驱动步进电机组与伺服控制器5连接。每一所述平面镜都装有方位驱动步进电机3及仰角驱动步进电机4各一台。由于平面镜1共5个，则共计10个驱动电机需要控制，因此采用多串口卡对各个电机进行控制，该多串口卡采用RS232通讯接口，支持多信号传输。

方位驱动步进电机3及仰角驱动步进电机4分别是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置值取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不收负载变化的影响。本实施例中，所述方位驱动步进电机3及仰角驱动步进电机4采用半步恒压方式驱动。驱动信号由伺服控制器5连接的驱动器13发出。

请参照图2，所述平面镜1与所述驱动步进电机之间设于减速器12，所述减速器12为1∶32的涡轮蜗杆机构，用于实现对聚光板的定位驱动，并可防止聚光板的滑动。

请参照图1及图2，所述测控系统包括连接于电池板8的具有多通道信号采集卡9及连接于所述信号采集卡9并用于对采集信号进行滤波和放大的滤波整形放大电路10及工控机11。

所述信号采集卡9具有16个通道，可单独采集指定通道信号，亦可同时采集所有通道信号。但由于接收的信号为0-5V的电压信号，因此在所述信号采集卡采集后需用滤波整形放大电路10对采集信号进行滤波和放大。

本实施例中，所述滤波整形放大电路连接有用于检测电池板温度的变送器(未图示)。

本发明提供的所述多平面镜聚光太阳能跟踪系统其通过控制平面镜的数量及将多个平面镜呈抛物线设置来控制太阳能电池表面获得的光强，使太阳能电池表面的光强达到既定条件下所承受的最佳光强，不仅结构简单、成本低廉，且聚光性好；采用鱼眼镜头进行全景采集无须考虑经纬度、海拔、季节等外围因素，适用范围大、配套算法设计难度低；每一平面镜均配设有相应的驱动电路，使得误差小、控制快。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多平面镜聚光太阳能跟踪系统，其特征在于，包括聚光系统、方位测量系统、伺服传动系统及测控系统，其中：所述聚光系统采用多镜面阵，所述多镜面阵由多平面镜和伺服驱动支架组成，且所述多平面镜呈抛物线分布；所述方位测量系统包括鱼眼镜头，所述鱼眼镜头通过图像采集卡进行全景采集；所述伺服传动系统包括与所述多平面镜配套设置的驱动电路，每一所述驱动电路均采用双轴驱动，且每一所述驱动电路包括连接于所述平面镜的传动机构、所述传动机构通过驱动步进电机组与伺服控制器连接；所述测控系统包括连接于电池板的具有多通道信号采集卡及连接于所述采集卡并用于对采集信号进行滤波和放大的滤波整形放大电路及工控机。

2.根据权利要求1所述的多平面镜聚光太阳能跟踪系统，其特征在于，所述驱动步进电机组包括方位驱动步进电机及仰角驱动步进电机。

3.根据权利要求1所述的多平面镜聚光太阳能跟踪系统，其特征在于，所述传动机构包括位于所述平面镜与所述驱动步进电机之间的减速器，且所述减速器为1∶32的涡轮蜗杆机构。

4.根据权利要求1所述的多平面镜聚光太阳能跟踪系统，其特征在于，所述滤波整形放大电路连接有用于检测电池板温度的变送器。