CN106772920A - 一种太阳能聚光聚光器的调焦方法和调焦系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能聚光器的调焦方法和调光系统，聚光器由多块镜片组成，在聚光器的碟面和焦点之间放置一块色板，色板上有和每个镜片一一对应的色块，观察色板上色块在每一个镜片上的投影，调节镜片位置使每一个镜片中都有一个完整的色块虚像。本发明通过在观察点观察对应镜片上的颜色图案，发现颜色图案有偏差时操作遥控器向两个调光工具发送运动控制指令，继续在观察点观察对应每一个镜片上的颜色图案，不断调整，反复操作，直至聚光镜片内对应的颜色图案和镜片完全重合，完成调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能聚光镜片的焦距调节发明和基于此方法的调焦系统。
背景技术
每个碟式斯特林太阳能热发电系统都有一个旋转抛物面反射镜用来汇聚太阳光，该反射镜一般为圆形，像碟子一样，故称为碟式反射镜。由于反射镜面积小则几十平方米，大则数百平方米，很难造成整块的镜面，是由多块镜片拼接而成。一般的小型机组用多块扇形镜面拼成圆形反射镜，也有用多块圆形镜面组成。大型机组一般用许多长方形镜片拼成近似圆形的反射镜，拼接用的镜片都是抛物面的一部分，不是平面，多块镜面固定在镜面框架上，构成整片的旋转抛物面反射镜。整片的旋转抛物面反射镜与斯特林机组支架固定在一起，通过跟踪转动装置安装在机座的支柱上。
聚光碟面的焦点调节办法，目前主要采用人工野外跟随太阳光进行镜片装配及镜片位置调整，也有使用激光束模拟太阳光线的办法调节镜片。这两种装配和调整方式的缺点是：前者整体装配精度低，镜面误差大，聚光效果差，而且只能在有阳光时进行，影响镜面装配效率。后者精度相对较高，聚光效果好，但是不能在太阳光下进行，而且需要专用场地和调整机构，不便于现场安装和实施。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有碟式斯特林镜面调焦方法存在的上述问题，提供了一种自动调节碟面焦距的系统。
本发明技术方案：
一种太阳能聚光器的调焦方法，聚光器由多块镜片组成，其特征在于：在聚光器的碟面和焦点之间放置一块色板，色板上有和每个镜片一一对应的色块，观察色板上色块在每一个镜片上的投影，调节镜片位置使每一个镜片中都有一个完整的色块虚像。
根据聚光碟的焦距、色板的安装位置和观察点的距离，绘制合适比例的色板。
色板上左右相邻的色块采用不同的颜色，在三种颜色之间交替使用。
一种太阳能聚光器的调焦系统，包括聚光碟架和构成碟面的镜片，在碟架正前方设置观察点，观察点、碟架中心和碟面焦点在一条直线上，碟面焦点处靠近碟架的一侧放置色板，镜片安装在碟架的支座上，镜片背面安装调光工具。
观察点处设置遥控器，调光工具通过无线通信模块和遥控器连接。
所述无线通信模块为LoRa模块。
调光工具有两种，一种用于调节镜片的角度，一种用于调节镜片相对于碟架的距离。
本发明的有益效果：
凹面镜不仅可以使平行光线会聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光，凹面镜上的反射现象都遵从光的反射定律。根据凹面镜成像规律：当物距小于焦距时成正立、放大的虚像，成的虚像与物体在异侧，物体离镜面越近，影像越小，物体离镜面越远，影像越大。将绘有和聚光碟上聚光镜片一一对应关系的颜色板安装到聚光碟面和聚焦点之间，在聚光镜片内将会出现正立、放大的虚像。根据聚光碟的焦距和目标颜色板的安装位置，再结合操作员所处的观察点的距离，绘制合适比例的颜色板。为了便于区分，不会相互干扰，每一圈相邻镜片分别采用红、绿、蓝三种颜色区分。通过在观察点观察对应镜片上的颜色图案，发现颜色图案有偏差时操作遥控器向两个调光工具发送运动控制指令，继续在观察点观察对应每一个镜片上的颜色图案，不断调整，反复操作，直至聚光镜片内对应的颜色图案和镜片完全重合，完成调节。
整个系统具有结构简单、易于实现、调整效率和精确度高、不受场地和天气因素影响的特点，非常适合在大规模的装机现场应用。
附图说明：
图1为本发明结构示意图。
图2为色板示意图。
具体实施方式：
实施例1：
根据凹面镜成像原理，本太阳能聚光器的调焦方法是在聚光器的碟面和焦点之间放置一块色板，色板上有和每个镜片一一对应的色块，观察色板上色块在每一个镜片上的投影，调节镜片位置使每一个镜片中都有一个完整的色块虚像。根据聚光碟的焦距、色板的安装位置和观察点的距离，绘制合适比例的色板，聚光碟的焦距是固定的，由设计决定。色板4要安装在焦距和聚光碟之间，1倍焦距之内。假设色板4安装位置到焦点的距离为L1，观察点距离碟面中心的距离为L2。先确定L1或者L2，然后根据成像规律，就可以计算出L2或者L1。实际操作中一般将L2设置为100米。
聚光碟面由许多块聚光镜片2组成，每块镜片2的背面有三颗球头螺栓，其中一颗用于调节镜片2相对于碟架1的高度，另外两颗用于调整镜片2的角度，两个无线调光工具3分别卡住两颗调整镜片2角度和高度的螺栓，接受来自遥控器7的指令，调整镜片2的角度和高度。
色板4是一个圆形结构，安装在聚光碟的焦点附近，斯特林发动机集热腔8的前端，根据碟面的焦距和色板4的安装位置，再结合操作员6所处的观察点5的距离，按照比例绘制和镜片2形状一样的色块。色板4上的色块和碟架1上的镜片2一一对应，为了便于区分，不会相互干扰，每一圈相邻色块分别采用红、绿、蓝三种颜色区分。
两个调光工具3和遥控器7均内置了LoRa模块，具有LoRa无线通信功能，三个设备共同组建了一个低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）。遥控器7由操作员6控制，通过LoRa网络向调光工具3发送指令，并接受来自调光工具3的状态信息。调光工具3主要包括一个电机和一个控制器，控制器接收指令启动电机工作，电机带动连接头旋转镜片2后面的调整螺栓。
由于观察点5和聚光碟的距离较远，同时为了保证视角的统一，操作员6使用一个单筒望远镜来观察并调整镜片2和色块虚像的对应关系。聚光碟上所有的聚光镜片2安装完毕后，调整聚光碟到合适的角度使其正对观察点5，在预先设定的观察点5处安装望远镜支架，调整单筒望远镜，保证聚光碟面的圆心、焦点、望远镜在同一中心轴线上。将两个调光工具3同时固定在同一镜片上的两颗调节螺栓上，操作员6在观察点5通过单筒望远镜观察对应镜片3上映照的色块虚像，发现颜色图案和镜片2不完全重叠时有偏差时操作遥控器7向两个调光工具3发送运动控制指令，再通过单筒望远镜观察对应镜片上的颜色图案，不断调整，反复操作，直至镜片2内对应的颜色图案和镜片完全重合，然后锁紧，固定好聚光镜片。取下两个无线调光工具3，固定到下一块镜片2上，重复上述操作步骤，直至所有镜片2内对应的颜色图案和镜片2完全重合。调整完所有的镜片2后，取下色板4。打开跟踪控制系统，驱动聚光碟转动到正对太阳的位置，发现太阳光线全部聚焦到集热腔内的焦点上，聚光碟焦点调节完毕，可以正常发电了。
实施例2：
根据凹面镜成像原理，本太阳能聚光器的调焦方法是在聚光器的碟面和焦点之间放置一块色板，色板上有和每个镜片一一对应的色块，观察色板上色块在每一个镜片上的投影，调节镜片位置使每一个镜片中都有一个完整的色块虚像。根据聚光碟的焦距、色板的安装位置和观察点的距离，绘制合适比例的色板。
聚光碟面由许多块聚光镜片2组成，每块镜片2的背面有三颗球头螺栓，其中一颗用于调节镜片2相对于碟架1的高度，另外两颗用于调整镜片2的角度，两个无线调光工具3分别卡住两颗调整镜片2角度和高度的螺栓，接受来自遥控器7的指令，调整镜片2的角度和高度。
色板4是一个圆形结构，安装在聚光碟的焦点附近，斯特林发动机集热腔8的前端，根据碟面的焦距和色板4的安装位置，再结合操作员6所处的观察点5的距离，按照比例绘制和镜片2形状一样的色块。色板4上的色块和碟架1上的镜片2一一对应，为了便于区分，不会相互干扰，每一圈相邻色块分别采用红、绿、蓝三种颜色区分。
两个调光工具3和遥控器7均内置了LoRa模块，具有LoRa无线通信功能，三个设备共同组建了一个低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）。遥控器7由计算机控制，通过LoRa网络向调光工具3发送指令，并接受来自调光工具3的状态信息。调光工具3主要包括一个电机和一个控制器，控制器接收指令启动电机工作，电机带动连接头旋转镜片2后面的调整螺栓。
观察点5处安装一台照相机，照相机和计算机连接，计算机中安装有图像分析软件，将照相机拍摄到的相片和标准图像对比，计算出镜片2需要调整的尺度，并转化成控制信号通过遥控器7发送到调节工具3。聚光碟上所有的聚光镜片2安装完毕后，调整聚光碟到合适的角度使其正对观察点5，在预先设定的观察点5处安装照相机，保证聚光碟面的圆心、焦点、照相机在同一中心轴线上。将两个调光工具3同时固定在同一镜片上的两颗调节螺栓上，观察点5的照相机拍摄镜片3上映照的色块虚像，和标准图像对比，当照片上的颜色图案和标准图像有偏差时操作遥控器7向两个调光工具3发送运动控制指令，再通过照相机拍摄镜片上的颜色图案，不断调整，反复操作，直至镜片2内对应的颜色图案和镜片完全重合，然后锁紧，固定好聚光镜片。取下两个无线调光工具3，固定到下一块镜片2上，重复上述操作步骤，直至所有镜片2内对应的颜色图案和镜片2完全重合。调整完所有的镜片2后，取下色板4。打开跟踪控制系统，驱动聚光碟转动到正对太阳的位置，发现太阳光线全部聚焦到集热腔内的焦点上，聚光碟焦点调节完毕，可以正常发电了。
Claims (8)
1.一种太阳能聚光器的调焦方法，聚光器由多块镜片组成，其特征在于：在聚光器的碟面和焦点之间放置一块色板，色板上有和每个镜片一一对应的色块，观察色板上色块在每一个镜片上的投影，调节镜片位置使每一个镜片中都有一个完整的色块虚像。
2.根据权利要求1所述太阳能聚光器的调焦方法，其特征在于：根据聚光碟的焦距、色板的安装位置和观察点的距离，绘制合适比例的色板。
3.根据权利要求1所述太阳能聚光器的调焦方法，其特征在于：色板上左右相邻的色块采用不同的颜色，在三种颜色之间交替使用。
4.一种太阳能聚光器的调焦系统，包括聚光碟架（1）和构成碟面的镜片（2），其特征在于：在碟架（1）正前方设置观察点（5），观察点（5）、碟架（1）中心和碟面焦点在一条直线上，碟面焦点处靠近碟架的一侧放置色板（4），镜片（2）安装在碟架（1）的支座上，镜片（2）背面安装调光工具（3）。
5.根据权利要求4所述太阳能聚光器的调焦系统，其特征在于：观察点（5）处设置遥控器（7），调光工具（3）通过无线通信模块和遥控器（7）连接。
6.根据权利要求5所述太阳能聚光器的调焦系统，其特征在于：所述无线通信模块为LoRa模块。
7.根据权利要求4-6所述任一太阳能聚光器的调焦系统，其特征在于：调光工具（3）有两种，一种用于调节镜片（2）的角度，一种用于调节镜片（2）相对于碟架的距离。
8.根据权利要求4-6所述任一太阳能聚光器的调焦系统，其特征在于：观察点（5）设置望远镜或者照相机。
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