CN106642741B - 一种太阳能焦点可视化纠正系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能焦点可视化纠正系统，用于斯特林太阳能发电装置的焦点纠正，图像采集装置固定于斯特林太阳能发电装置，太阳能焦点可视化纠正系统配置有纠正策略用于控制驱动机构动作，纠正策略如下：在图像采集装置的视场中确定一预设目标区域；实时通过图像采集装置采集图像，并从图像中识别焦点的位置，根据焦点的位置控制驱动机构动作以使焦点向预设目标区域移动直至落入预设目标区域。实时根据图像采集装置采集到焦点的位置情况实时调节移动方向，直至焦点位于预设目标区域中就停止，保证焦点位于冷端或聚光杯内，以达到最佳的发电效率。

Description

一种太阳能焦点可视化纠正系统

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能焦点可视化纠正系统。

背景技术

“斯特林发动机”(Stirling engine)发明于1816年，是一种独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。而目前太阳能发电技术中，较多应用到斯特林电机进行发电，而原理如下，斯特林电机包括热端和冷端，将斯特林电机和聚光组件分别设置在支架的两端，通过转动聚光组件使得光源投射到斯特林电机的热端上，加热热端的气体，使得气体膨胀，做活塞运动，而带动内部励磁结构工作产生电动势从而完成发电工作。

而影响该太阳能发电装置效率的主要因素之一是对焦和追光的问题，由于太阳光的方向是时刻发生变化的，所以就需要调节聚光组件方向使得光源可以聚集在热端上形成焦点，而现有技术中，通过追光系统控制驱动机构动作实现追光，追光系统可以是GPS也可以是光敏元件，通过GPS或光敏元件判断太阳位置，这样就可以实现自动追光的效果，结构简单较为便利，但是这种追光系统仅能在斯特林电机或其附近产生一个焦点，不能保证焦点时刻在热端上，所以会大大影响电机的发电效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种太阳能焦点可视化纠正系统，通过图像处理将追光系统对焦形成的焦点与目标区域进行匹配，控制驱动机构转动直至焦点落入图像中的目标区域，解决以上技术问题；

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种太阳能焦点可视化纠正系统，用于斯特林太阳能发电装置的焦点纠正，所述斯特林太阳能发电装置包括主支架、支撑臂、斯特林电机以及聚光组件，所述支撑臂设置于所述主支架上，所述斯特林电机和聚光组件分别设置于所述支撑臂的两端，所述主支架和支撑臂通过驱动机构连接，所述驱动机构受控于一追光系统动作以使聚光组件的焦点投射至斯特林电机，

所述太阳能焦点可视化纠正系统还包括一图像采集装置，所述图像采集装置固定于所述斯特林太阳能发电装置，所述太阳能焦点可视化纠正系统配置有纠正策略用于控制所述驱动机构动作，所述纠正策略如下：

在所述图像采集装置的视场中确定一预设目标区域；

实时通过图像采集装置采集图像，并从图像中识别焦点的位置，根据所述焦点的位置控制所述驱动机构动作以使所述焦点向所述预设目标区域移动直至落入所述预设目标区域。

进一步的，所述图像采集装置还设置有减光镜，以减少光量进入所述图像采集装置。

进一步的，所述图像采集装置设置为摄像机。

进一步的，所述图像采集装置的镜头正对所述斯特林电机的热端设置以使所述预设目标区域位于所述图像采集装置的视场中央。

进一步的，所述斯特林电机的热端设置有聚光杯，所述聚光杯的开口面向聚光组件设置且所述聚光杯的底部与所述热端直接或间接接触。

进一步的，所述支撑臂上固定有热容量结构，所述聚光杯螺纹连接于所述热容量结构。

进一步的，所述聚光杯表面为吸光涂层，内部为导热材料。

进一步的，所述驱动机构动作过程中，所述图像采集装置和所述斯特林电机的相对位置不变。

进一步的，所述驱动机构包括第一转动单元、第二转动单元以及转动支架，

所述第一转动单元，包括第一内环、第一外环和第一驱动电机，所述第一内环和第一外环同心设置，且所述第一驱动电机工作时，所述第一内环和第一外环相对转动；

所述第二转动单元，包括第二内环、第二外环和第二驱动电机，所述第二内环和第二外环同心设置，且所述第二驱动电机工作时，所述第二内环和第二外环相对转动；

所述转动支架通过第一转动单元固定于所述主支架上，且所述第一内环和第一外环相对转动所在的平面与所述主支架的轴线垂直，所述支撑臂通过第二转动单元固定于所述转动支架上，所述第二内环和第二外环相对转动所在的平面，平行于所述主支架的轴线和所述支撑臂的轴线。

进一步的，所述追光系统为GPS追光系统和/或光敏追光系统。

有益效果：由于采用以上技术方案，首先通过原有的追光系统控制驱动机构动作以使焦点大致位置不会偏移出斯特林电机，能够被图像采集装置采集，而图像采集装置采集到焦点后进行识别，根据用户预先根据图像内容输入的预设目标区域(热端所在的位置)的位置，获得一个偏差方向，从而控制驱动机构转动以使焦点的位置向预设目标区域移动，而移动过程中，实时根据图像采集装置采集到焦点的位置情况实时调节移动方向，直至焦点位于预设目标区域中就停止，保证焦点位于热端或聚光杯内，以达到最佳的发电效率。

附图说明

图1为本发明斯特林太阳能发电装置示意图一；

图2为本发明斯特林太阳能发电装置示意图二；

图3为本发明斯特林太阳能发电装置示意图三；

图4A为本发明的第一转动单元示意图；

图4B为本发明的第二转动单元示意图；

图5为本发明的太阳能发电装置的固定结构示意图；

图6为本发明的第一法兰固定结构示意图；

图7为本发明的图像采集装置的采集图像一；

图8为本发明的图像采集装置的采集图像二；

图9为本发明的图像采集装置的采集图像三。

附图标记：100、主支架；200、支撑臂；201、保护层；210、第一法兰；220、第二法兰；250、隔热棉；260、热容量结构；270、聚光杯；300、斯特林电机；310、机座；320、换热头；321、热端；322、冷端；400、聚光组件；510、第一转动单元；511、第一内环；512、第一外环；513、第一驱动电机；520、第二转动单元；521、第二内环；522、第二外环；523、第二驱动电机；530、转动支架；531、第一板体；532、第二板体；533、第三板体；540、圆管抱箍；600、图像采集装置；z、预设目标区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图1所示，一种太阳能焦点可视化纠正系统，用于斯特林太阳能发电装置的焦点纠正，斯特林太阳能发电装置包括主支架100、支撑臂200、斯特林电机300以及聚光组件400，支撑臂200设置于主支架100上，斯特林电机300和聚光组件400分别设置于支撑臂200的两端，追光系统为GPS追光系统和/或光敏追光系统。主支架100和支撑臂200通过驱动机构连接，驱动机构受控于一追光系统动作以使聚光组件400的焦点投射至斯特林电机300，

太阳能焦点可视化纠正系统还包括一图像采集装置600，图像采集装置600固定于斯特林太阳能发电装置，位置可以是固定于支撑臂200、聚光组件400上，驱动机构动作过程中，图像采集装置600和斯特林电机300的相对位置不变，太阳能焦点可视化纠正系统配置有纠正策略用于控制驱动机构动作，纠正策略如下：

在图像采集装置600的视场中确定一预设目标区域，预设目标区域确定的方式如下，首先使用者通过图像采集装置600获取的图像中的位置判断热端321或聚光杯270所在的位置(此时可以取下减光镜)，而根据实际热端321或聚光杯270所在的位置，调节图像采集装置600的方向，尽可能的使热端321位于图像采集装置600视场的中心，然后将该位置固定，而下一步就可以根据该位置从视场中确定一个区域，该区域对应的是热端321或聚光杯270所在的位置，也就是预设目标区域；

实时通过图像采集装置600采集图像，并从图像中识别焦点的位置，根据焦点的位置控制驱动机构动作以使焦点向预设目标区域z移动直至落入预设目标区域z。

图像采集装置600设置为摄像机。图像采集装置600还设置有减光镜，以减少光量进入图像采集装置600。减光镜型号优选为ND1000，而经过减光处理后，可以将图像采集装置600采集到的背景图像拉黑，减小处理算法的复杂程度以及光斑识别的准确程度。图像采集装置600的镜头正对斯特林电机300的热端321设置以使预设目标区域位于图像采集装置600的视场中央，这样一来，使GPS或光敏追光得到的焦点更容易的被图像采集装置600所采集，由于焦点的亮度势必大于其他的背景亮度，所以经过减光镜处理后，就会在图像中产生一光斑，通过二分法就可以得到一个光斑图形，只用通过图像处理算法求取该光斑图形的中心点位置，即焦点所在位置，如图7示出的内容也就是图像采集装置600中的视场，由图7可以确定焦点位置，而将焦点位置a转换为坐标值，同时将图8中的预设目标区域z的中心点位置b求出，求取两个值之间的偏移x,y，将这个偏移量进行处理后输出控制驱动机构的动作方向，以实时地将焦点移动到预设目标区域为止，如图9。

以下对驱动机构作出介绍，驱动机构用于实现支撑臂200相对于主支架100的转动。

参照图1-3，驱动机构如下所示，驱动机构包括第一转动单元510、第二转动单元520以及转动支架530，

第一转动单元510，包括第一内环511、第一外环512和第一驱动电机513，第一内环511和第一外环512同心设置，且第一驱动电机513工作时，第一内环511和第一外环512相对转动；

第二转动单元520，包括第二内环521、第二外环522和第二驱动电机523，第二内环521和第二外环522同心设置，且第二驱动电机523工作时，第二内环521和第二外环522相对转动；

换向单元的结构如图4A、4B所示，通过驱动电机转动带动内部的内环和外环相对转动，通过蜗杆带动蜗轮实现转动，方便调节转动角度，且在市场上已经存在较多应用，再此不做赘述，本发明的核心技术内容是通过两个换向单元实现支撑臂200的转动，同时使得转动角度可调，实现追光效果。

转动支架530通过第一转动单元510固定于主支架100上，且第一内环511和第一外环512相对转动所在的平面与主支架100的轴线垂直，支撑臂200通过第二转动单元520固定于转动支架530上，第二内环521和第二外环522相对转动所在的平面，平行于主支架100的轴线和支撑臂200的轴线。图1至图2是第一转动单元510带动下支撑臂200变化示意图，为了更加直观的体现，在图2中隐去了斯特林电机300和聚光组件400，由图中可知，由于第一转动单元510的第一内环511和第一外环512可以相对转动，那么在第一驱动电机513工作时，由于主支架100是相对地面固定的，所以相对转动力作用在支撑臂200，带动支撑臂200在主支架100的周向方向转动，起到一个转动的效果。而图1至图3是第二转动单元520带动下支撑臂200的示意图，由于第二转动单元520的第二内环521和第二外环522可以相对转动，那么在第二驱动电机523工作时，由于转动支架530是固定在主支架100上的，那么这样一来，就会带动支撑臂200在主支架100所在平面上转动，可以达到如图3所示的状态，这样一来，就可以通过第一转动单元510和第二转动单元520起到一个追光的效果。

参照图4A和图4B所示，主支架100与第一内环511固定，主支架100可以直接固定在第一内环511上，固定方式可以是焊接或者螺纹连接，转动支架530与第一外环512固定，转动支架530则固定在第一外环512上，可以设置呈固定连接或螺纹连接。转动支架530与第二内环521固定，支撑臂200与第二外环522固定。同样还可以通过焊接或螺纹连接，如果第二转动单元520固定在转动支架530靠近支撑臂200的一侧，转动支架530包括相互垂直的第一固定板和第二固定板，第一固定板与第一转动单元510固定，第二固定板与第二转动单元520固定。第二固定板包括位于同一平面的第一板体531和第二板体532，第一板体531与第一固定板连接，第二板体532由第一板体531向支撑臂200的轴向延伸形成，第二转动单元520固定于第二板体532上，将第一转动单元510和第二转动单元520的轴心错开设置，那么第二转动单元520就不会位于第一转动单元510的轴线上，那么支撑臂200在以第二转动单元520的位置为圆心转动时，就不会碰撞到主支架100，大大提高了转动的角度。通过L形的转动架就可以实现第一转动单元510的转动平面和第二转动单元520的转动平面的垂直设置。

在另一实施例中，主支架100与第一外环512固定，转动支架530与第一内环511固定。

在另一实施例中，转动支架530与第二外环522固定，支撑臂200与第二内环521固定，此时，如果第二转动单元520设置在转动支架530远离支撑臂200的一侧，那么需要在转动支架530上开设让位孔，而通过连接件将第二转动单元520的第二内环521与支撑臂200固定。

在另一实施例中，可以将第二转动单元520固设有圆管抱箍540，通过圆管抱箍540抱死支撑臂200以实现第二转动单元520与支撑臂200的固定。圆管抱箍540通过紧固组件以放松或抱死支撑臂200。这样就可以通过圆管抱箍540调节支撑臂200的转动圆心位置，就可以实现聚光组件400和斯特林电机300的重量平衡，进一步的可以在聚光组件400上设置有配重，提高平衡效果。驱动机构的结构不做局限，可以实现主支架和支撑臂的相对转动即可。

为了提高聚光效果和方便焦点纠正，参照图5-6，斯特林电机的受热头上设置有热端321和冷端322，热端321设置有聚光杯270，聚光杯270的开口面向聚光组件400设置且聚光杯270的底部与热端321直接或间接接触，间接接触的方式可以在聚光杯的底部设置一个导热体，导热体与热端321直接接触，导热体内部为液态金属，例如水银，外表通过固体导热金属包覆，而水银蒸汽可以增加换热效果。支撑臂200上固定有热容量结构260，聚光杯270螺纹连接于热容量结构260。聚光杯270表面为吸光涂层，内部为导热材料，吸光涂层优选为抛光的不锈钢层或者抛光的铜层，而导热材料优选为隔热棉层或隔热泡沫层，热容量结构260与聚光杯270的底部螺纹连接，隔热棉250设置于第一法兰210和热容量结构260之间。热容量结构260由蓄热材料制成，可以在阳光不足时使得热端321存在维持温度。

支撑臂200上固设有第一法兰210和第二法兰220，第一法兰210和第二法兰220设置的方向相同，第一法兰210和第二法兰220分别与机座310的两端可拆卸连接，具体可以是在斯特林电机300的机座310两端开设与第一法兰210和第二法兰220对应的螺纹孔，或者在斯特林电机300的机座310两端直接焊接相同的法兰结构，使得斯特林电机300可以与第一法兰210和第二法兰220直接通过螺栓固定或拆卸，固定较为牢固，且结构简单易于实现，第一法兰210相比第二法兰220靠近受热头设置。第一法兰210和第二法兰220分别与支撑臂200焊接固定。第一法兰210和第二法兰220之间设置有保护层201，保护层201沿斯特林电机300的周向包覆机座310，且保护层201分别与第一法兰210和第二法兰220的周沿贴合固定。保护层201设置为保护铁皮层。通过保护铁皮层的设置，可以将保护斯特林电机300的机座310，起到防尘、防碰撞等作用，保护内部电线走线安全，同时可以起到防水的效果，而保护层201的结构以及实施方式如下，可以将一块具有柔性的铁皮贴合第一法兰210、热容量结构260和第二法兰220的侧边，且沿着第一法兰210和第二法兰220的周沿弯折，弯折过程中铁皮始终贴合第一法兰210、第二法兰220和热容量结构260的周沿，而同时可以通过胶水或钉子进行打钉固定，使得铁皮围绕一周，然后将铁皮首尾进行固定，这样就可以起到保护效果，而保护层201的材质可以为任意的其他具有柔性的材质。受热头的冷端322包覆有隔热棉250，隔热棉250可以为双层隔热棉250结构，以保证冷端322不会对热端321产生影响，起到较佳的发电效果，且保护层201向换热头320方向延伸并固定隔热棉250，隔热棉250可以以填塞的方式填充在保护层201内，以起到一个固定隔热的效果。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种太阳能焦点可视化纠正系统，用于斯特林太阳能发电装置的焦点纠正，所述斯特林太阳能发电装置包括主支架、支撑臂、斯特林电机以及聚光组件，所述支撑臂设置于所述主支架上，所述斯特林电机和聚光组件分别设置于所述支撑臂的两端，所述主支架和支撑臂通过驱动机构连接，所述驱动机构受控于一追光系统动作以使聚光组件的焦点投射至斯特林电机，其特征在于，

所述太阳能焦点可视化纠正系统还包括一图像采集装置，所述图像采集装置固定于所述斯特林太阳能发电装置，所述太阳能焦点可视化纠正系统配置有纠正策略用于控制所述驱动机构动作，所述纠正策略如下：

在所述图像采集装置的视场中确定一预设目标区域；

实时通过图像采集装置采集图像，并从图像中识别焦点的位置，根据所述焦点的位置控制所述驱动机构动作以使所述焦点向所述预设目标区域移动直至落入所述预设目标区域；

所述斯特林电机的热端设置有聚光杯，所述聚光杯的开口面向聚光组件设置且所述聚光杯的底部与所述热端直接或间接接触；

所述支撑臂上固定有热容量结构，所述聚光杯螺纹连接于所述热容量结构；

所述聚光杯表面为吸光涂层，内部为导热材料；

所述图像采集装置的镜头正对所述斯特林电机的热端设置以使所述预设目标区域位于所述图像采集装置的视场中央。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能焦点可视化纠正系统，其特征在于，所述图像采集装置还设置有减光镜，以减少光量进入所述图像采集装置。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能焦点可视化纠正系统，其特征在于，所述图像采集装置设置为摄像机。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能焦点可视化纠正系统，其特征在于，所述驱动机构动作过程中，所述图像采集装置和所述斯特林电机的相对位置不变。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能焦点可视化纠正系统，其特征在于，所述驱动机构包括第一转动单元、第二转动单元以及转动支架，

所述第一转动单元，包括第一内环、第一外环和第一驱动电机，所述第一内环和第一外环同心设置，且所述第一驱动电机工作时，所述第一内环和第一外环相对转动；

所述第二转动单元，包括第二内环、第二外环和第二驱动电机，所述第二内环和第二外环同心设置，且所述第二驱动电机工作时，所述第二内环和第二外环相对转动；

所述转动支架通过第一转动单元固定于所述主支架上，且所述第一内环和第一外环相对转动所在的平面与所述主支架的轴线垂直，所述支撑臂通过第二转动单元固定于所述转动支架上，所述第二内环和第二外环相对转动所在的平面，平行于所述主支架的轴线和所述支撑臂的轴线。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能焦点可视化纠正系统，其特征在于，

所述追光系统为GPS追光系统和/或光敏追光系统。