CN109737915A - 太阳方位角的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光热发电技术领域，公开了一种太阳方位角的测量装置及测量方法。其中，该测量装置包括底座、以及底端与底座相连的镜筒，该镜筒的顶端设有光阑组件，该测量装置还包括设置于镜筒底端用于采集不同时刻下的光斑的相机组件、以及用于将相机组件传输的照片进行图像分析的分析部，该分析部与该相机组件电性连接。在镜筒的顶端和底端分别设置有光阑组件和相机组件，且将相机组件电性连接分析部，如此，利用光阑组件将太阳光聚焦形成光斑，利用相机组件采集不同时刻下的光斑照片，并利用分析部对该光斑照片进行图像分析，通过光斑照片中像素的强弱分析出光斑的中心位置，以此确定不同时刻的太阳光的方位角。

Description

太阳方位角的测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于光热发电技术领域，更具体地说，是涉及一种太阳方位角的测量装置及测量方法。

背景技术

塔式太阳能热发电是一种太阳能聚光热发电技术，需在空旷的地面上建立高大的中央吸收塔，在该塔顶上安装吸收器，在塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光聚集到塔顶接收器的腔体内以产生高温，然后经过热交换器产生蒸汽，蒸汽推动蒸汽机发电。

定日镜场对太阳的追踪精度对于光热电站的发电效率至关重要，要获得优异的追踪精度，则必须对太阳的方位角进行精确的测量，然而，现有的测量太阳方位角的装置需要通过测量方位角的偏差来转换为方位角，不能实现精确测量，以致使得光热电站的发电效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳方位角的测量装置，旨在解决上述测量装置中无法对太阳方位角实现精确测量的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：太阳方位角的测量装置，包括底座，以及底端与所述底座相连的镜筒，所述镜筒的顶端设有用于将太阳光聚焦形成光斑的光阑组件，所述太阳方位角的测量装置还包括设置于所述镜筒底端用于采集不同时刻的所述光斑的照片的相机组件，以及用于将所述相机组件传输的所述照片进行图像分析的分析部，所述分析部与所述相机组件电性连接。

进一步地，所述光阑组件包括设置于所述镜筒中并沿其轴向依序间隔分布的玻璃盖板、光环及光阑板，所述镜筒上开设有用于容置所述玻璃盖板的第一避让台阶、用于容置所述光环的第二避让台阶，以及用于卡接所述光阑板的卡槽，所述光阑板上开设有用于将透过所述玻璃盖板、所述光环的太阳光聚焦形成所述光斑的聚光孔。

进一步地，所述镜筒包括底端与所述底座相连的第一镜筒、以及设置于所述第一镜筒顶端并与所述第一镜筒相连通的第二镜筒，所述相机组件设于所述第一镜筒的底端，所述玻璃盖板和所述光环设于所述第二镜筒的顶端，所述光阑板设于所述第一镜筒与所述第二镜筒的连接位置处。

进一步地，所述相机组件包括支座、以及固定于所述支座上的相机，所述太阳方位角的测量装置还包括用于将所述支座安装于所述第一镜筒底端的第一螺钉，所述支座上开设有供所述第一螺钉穿过的通过孔，所述第一镜筒上对应所述通过孔的位置开设有与所述第一螺钉相配合的第一螺纹孔，所述第一螺钉穿过所述通过孔并伸入所述第一螺纹孔内形成螺纹连接。

进一步地，所述太阳方位角的测量装置还包括用于支撑所述第一镜筒的若干导向柱，若干所述导向柱呈环形阵列间隔设置于所述底座上。

进一步地，所述导向柱的数量为三个，相邻两个所述导向柱之间的夹角范围为100～150°。

进一步地，所述太阳方位角的测量装置还包括用于将所述第一镜筒与各所述导向柱连接的第二螺钉，所述第一镜筒上开设有供所述第二螺钉穿过的贯穿孔，各所述导向柱上对应所述贯穿孔位置开设有与所述第二螺钉相配合的第二螺纹孔，所述第二螺钉穿过所述贯穿孔并伸入所述第二螺纹孔内形成螺纹连接。

进一步地，所述太阳方位角的测量装置还包括用于调整所述第一镜筒水平度的弹簧，所述弹簧套套设于各所述导向柱，所述弹簧一端与所述第一镜筒抵接，所述弹簧另一端与所述底座抵接。

进一步地，所述太阳方位角的测量装置还包括呈间隔环形阵列于所述底座上的若干磁铁，所述底座上对应各所述磁铁位置开设有用于容置各所述磁铁的凹槽。

进一步地，所述太阳方位角的测量装置还包括呈环形阵列间隔设置于所述底座上的若干磁铁，所述底座上对应各所述磁铁位置开设有用于容置各所述磁铁的凹槽。

太阳方位角的测量方法，使用如上所述的太阳方位角的测量装置，包括如下步骤：

S01、将所述测量装置放置于水平面上，通过调节所述镜筒的水平度，保证所述测量装置水平度良好；

S02、太阳光依次经过所述光阑组件形成光斑，并通过相机采集特定时刻的光斑照片，并将拍摄的所述光斑照片传送至所述分析部进行分析；

S03、依据照片像素强弱分析所述光斑的中心位置，做好标记，并将特定时刻的形成光斑所对应的方位角作为参考方位角；

S04、采集其他任意有效时刻的光斑照片，借助所述分析部识别对应时刻的光斑中心；

S05、参照特定时刻的所述光斑的位置及方位角，通过角度换算关系即可得到任意有效时刻的方位角。

本发明提供的太阳方位角的测量装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的太阳方位角的测量装置，设置有镜筒，并在镜筒的顶端和底端分别设置有光阑组件和相机组件，且将相机组件电性连接分析部，如此，利用光阑组件将太阳光聚焦形成光斑，利用相机组件采集不同时刻下的光斑照片，并利用分析部对该光斑照片进行图像分析，通过光斑照片中像素的强弱分析出光斑的中心位置，以此确定不同时刻的太阳光的方位角，这样，即可实现太阳光方位角的精确测量，从而提高了光热电站的发电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的太阳方位角的测量装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提出的太阳方位角的测量装置的剖视图；

图3为本发明实施例提出的图2中A的放大图；

图4为本发明实施例提出的测量装置的局部结构分解图；

图5为本发明实施例提出的太阳光方位角的测量方法的流程图；

图6为本发明实施例提出的定日镜的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1-底座；11-凹槽；

2-镜筒；21-第一避让台阶；22-第二避让台阶；23-第一镜筒；230-贯穿孔；24-第二镜筒；

3-光阑组件；31-玻璃盖板；32-光环；33-光阑板；330-聚光孔；

4-相机组件；41-支座；42-相机；

5-第一螺钉；

6-导向柱；

7-第二螺钉；

8-弹簧；

9-磁铁；

10-定日镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1～4所示，本实施例提出了一种太阳方位角的测量装置，该测量装置包括底座1和镜筒2，该镜筒2的底端安装于底座1上，在镜筒2的顶端设有光阑组件3，该光阑组件3可用于将太阳光聚焦形成光斑，此外，太阳方位角的测量装置还包括相机组件4和分析部(附图未作出)，该相机组件4可采集不同时刻的光斑照片，该分析部可将相机组件4传输的照片进行图像分析，该相机组件4设置于镜筒2的底端，且该相机组件4与上述分析部电性连接。这样，可通过相机组件4采集不同时刻下所对应的光斑照片，并将光斑照片传输至分析部进行分析，依照照片中像素的强弱分析出光斑的中心位置，以此确定不同时刻的太阳光的方位角，如此，通过该装置即可实现太阳光方位角的精确测量，从而提高了光热电站的发电效率。

进一步地，请参阅图3与图4，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，上述光阑组件3可包括玻璃盖板31、光环32及光阑板33，该玻璃盖板31、光环32、及光阑板33自上而下依次呈间隔设置于上述镜筒2中，在该镜筒2中依次对应开设有第一避让台阶21、第二避让台阶22、以及卡槽(附图未作出)，具体地，第一避让台阶21用于容置玻璃盖板31，第二避让台阶22用于容置光环32，卡槽用于卡接光阑板33，此外，在光阑板33上还开设有聚光孔330，这样，通过聚光孔330可将依次穿过玻璃盖板31、光环32的太阳光聚焦，从而形成光斑，便于后续追踪太阳光的方位角。

优选地，在本实施例中，上述玻璃盖板31、上述光环32、上述光阑板33均呈圆形状设置，上述玻璃盖板31的直径大于上述光环32的直径，且该光环32的直径大于上述聚光孔330的直径。这样，通过玻璃盖板31、光环32、聚光孔330的直径依次减小，从而可有效的将穿过的太阳光聚焦以形成光斑。

优选地，上述光阑板33为透明件，通过将光阑板33设为透明件，这样，太阳光能有效的透过光阑板33而被上述相机组件4所捕捉，便于后续的测量观察。当然，在本实施例中，根据实际情况和具体需求，上述光阑板33也可为半透明件等，此处不作唯一限定。

优选地，上述玻璃盖板31、光环32、以及光阑板33分别通过点胶的方式对应设置于上述第一避让台阶21、第二避让台阶22、以及卡槽中，通过点胶方式，可将玻璃盖板31、光环32、以及光阑板33快速定位，与此同时，当零件损坏需要维修时，也便于将玻璃盖板31、光环32、以及光阑板33从镜筒2上拆卸掉，使得维修更加方便。当然，在本实施例中，上述玻璃盖板31、光环32、以及光阑板33也可通过其他方式定位于上述镜筒2中，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，上述镜筒2包括第一镜筒23与第二镜筒24，该第一镜筒23的底端与上述底座1相连，该第一镜筒23的顶端与第二镜筒24相连，该第一镜筒23与第二镜筒24相连通，且第一镜筒23的直径大于第二镜筒24的直径。上述相机组件4设于第一镜筒23的底端，上述玻璃盖板31和光环32设于第二镜筒24的顶端，此外，上述光阑板33设于第一镜筒23与第二镜筒24的连接位置处。在本实施例中，通过将第一镜筒23的直径设为大于第二镜筒24的直径，从而减少了镜筒23的制备材料，可减轻镜筒的重量，便于用户携带。当然，在本实施例中，根据实际情况和具体需求，上述第一镜筒23的直径也可设置为等于或小于上述第二镜筒24的直径，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，上述相机组件4包括支座41和相机42，该相机42安装于上述支座41上。该测试装置还包括第一螺钉5，该第一螺钉5可用于将支座41定位于上述第一镜筒23的底端。具体地，在支座41上开设有通过孔(附图未作出)，第一镜筒23上开设有第一螺纹孔(附图未作出)，该第一螺纹孔对应上述通过孔的位置设置，这样，上述第一螺钉5可穿过通过孔并伸入第一螺纹孔内形成螺纹连接。

优选地，在本实施中，上述相机42通过点胶的方式安装于上述支座41上，通过该种方式可快速的实现对相机42的组装，与此同时，当相机42出现故障时，也可将上述相机42拆卸掉进行更换。当然，在本实施例中，上述相机42也可通过其他方式安装于上述支座41上，此处不作唯一限定。

在本实施例中，通过将通过将第一镜筒23的直径设为大于第二镜筒24的直径，从而减少了镜筒23的制备材料，可减轻镜筒23的重量，进而降低装置的重量，通过采用点胶的方式将身上玻璃盖板、上述光环、上述光阑板、上述相机粘结在镜筒上，从而在保证将上述零部件粘结在镜筒23的同时，可以进一步降低装置的重量，便于用户携带。

优选地，上述第一螺钉5的个数为三个，相邻两个第一螺钉5的之间的夹角为120°，这样，保证了支座41与第一镜筒23底端连接的受力均匀，从而较好地将支座41固定安装于第一镜筒23的底端。当然，在本实施例中，根据实际情况和具体需求，上述第一螺钉5的个数也可设置为其他，此处不作唯一限定。

进一步地，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，上述测量装置还包括若干导向柱6，该若干导向柱6呈环形阵列间隔设置于上述底座1上。这样，通过在上述底座1上设有若干导向柱6，从而可用于支撑上述第一镜筒23。优选地，请参阅图1与图2，在本实施例中，上述导向柱6的个数为三个，且相邻两个导向柱6之间的夹角范围为100～150°，该夹角对应上述底盘1的圆心角。具体地，上述两个导向柱6之间的夹角可为100°、110°、120°、130°、140°、150°等，在本实施例中，上述两个导向柱6之间的夹角为120°，这样，可保证相邻两个导向柱6之间的夹角相等，使得每个导向柱6的受力均匀化，使得第一镜筒23稳定地安装在上述导向柱6上，增强了第一镜筒23安装的稳定性。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，该测量装置还包括第二螺钉7，该第二螺钉7将上述第一镜筒23与各导向柱6连接。具体地，在上述第一镜筒23上开设有贯穿孔230，在上述各导向柱6上述开设有第二螺纹孔(附图未作出)，该第二螺纹孔对应上述贯穿孔230的位置设置，这样，上述第二螺钉7穿过贯穿孔230并伸入第二螺纹孔中形成螺纹连接。通过设置第二螺钉7，增强了第一镜筒23与导向柱6之间的连接力，使得第一镜筒23牢固的安装于上述底座1上。优选地，在本实施例中，上述第二螺钉7的个数为三个，每个第二螺钉7分别对应上述导向柱6的位置设置，当然，在本实施例中，上述第二螺钉7的个数也可设置为其他多个，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，该测量装置还包括弹簧8，该弹簧8套设于上述导向柱6上，且该弹簧8的一端与上述第一镜筒2抵接，该弹簧8的另一端与上述底座1抵接。这样，通过在导向柱6上设有弹簧8，从而可对第一镜筒23水平度进行微调，保证第一镜筒23的水平。具体地，可通过弹簧与上述第二螺钉7配合，实现对第一镜筒23水平度的微调。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的太阳方位角的测量装置的一种具体实施方式，该测量装置还包括若干磁铁9，该磁铁的个数为9个，各磁铁9呈间隔阵列于上述底座1上，在底座1上开设有凹槽11，各凹槽11分别对应磁铁9的位置设置，这样，通过设置凹槽11，从而可将各磁铁9置于凹槽11中。通过在底座1上设有若干磁铁9，此时，该若干磁铁9可便于将底座1固定吸附在定日镜10的基准平面上，当测量出太阳的方位角的基准后，则定日镜10可根据此基准做相对转动，实现对太阳光方位角的准确定位。

在本发明中，还包括一种太阳方位角的测量方法，该方法使用上述太阳方位角的测量装置，具体地，请参阅图5所示，该方法包括如下步骤：

S01、将该测量装置放置于水平面上，通过调节镜筒31的水平度，保证所述测量装置水平度；

S02、太阳光依次经过该光阑组件3形成光斑，并通过相机42采集特定时刻的光斑照片，并将拍摄的该光斑照片传送至该分析部进行分析；

S03、依据照片像素强弱分析光斑的中心位置，做好标记，并将特定时刻的形成光斑所对应的方位角作为参考方位角；

S04、采集其他任意有效时刻的光斑照片，借助该分析部识别对应时刻的光斑中心；

S05、参照特定时刻的所述光斑的位置及方位角，通过角度换算关系即可得到任意有效时刻的方位角。

优选地，在本实施例中，该特定时刻为正午十二点，通过角度换算关系来得出任意有效时刻的方位角，当然，在本实施例中，上述特定时刻也可以为其他任意时刻的角度，并通过选定任意时刻的角度后，通过角度换算关系得出其他有效时刻的方位角，此处不作唯一限定。

优选地，上述相机42采用CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)相机，通过采用该相机42，从而在可有效的拍摄光斑照片的同时，使得该测量装置的结构更加轻盈，降低了装置的重量。

优选地，上述的分析部可为计算机，通过该计算机从而分析出相机中的光斑照片。

在本实施例中，在步骤S01与步骤S02之间还包括如下步骤：

调整好上述测量装置的水平度后，将装置安装到定日镜10的基准面上，确保此时测量装置的轴线方向与定日镜10的法线方向平行；

调节定日镜10的法线方向，使得定日镜10的法线方向对准太阳。

在本实施例中，通过调节定日镜10的法线方向以使得定日镜10的法线方向对准太阳，保证了太阳光经过测量装置中的光阑组件在后续过程中形成的光斑正对图像照片的中心位置，为后续的测量追踪方位角提供了保证，此时，若定日镜10的法线未对准太阳，则通过分析出的偏差，调整定日镜10的方位角和高度角，保证测量装置的光斑与后续形成的图像照片的中心重合，只有当光斑与图像的中心重合时，则定日镜10的法线方向即对准了太阳，此时，根据此时的太阳角度，即可推算出定日镜10的法线角度，以此为基准，即可控制定日镜10运行到其他任意角度进行定日追踪。

在本实施例中，请参阅图6所示，图6中的X方向代表的是定日镜10的高度方向，通过调节X方向可对定日镜10的高度进行调节，图6中的Y方向代表的是定日镜10的方位轴方向，通过调节Y方向可对定日镜10的方位角进行调节，保证测量装置的光斑与后续形成的图像照片的中心重合。

在本发明中，通过采用上述测量的方法，可快速的测量出太阳光的方位角，测量步骤简单，易于操作，可广泛应用于光热电站定日镜10场的太阳光的方位角的追踪。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.太阳方位角的测量装置，其特征在于，包括底座，以及底端与所述底座相连的镜筒，所述镜筒的顶端设有用于将太阳光聚焦形成光斑的光阑组件，所述太阳方位角的测量装置还包括设置于所述镜筒底端用于采集不同时刻的所述光斑的照片的相机组件，以及用于将所述相机组件传输的所述照片进行图像分析的分析部，所述分析部与所述相机组件电性连接。

2.如权利要求1所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述光阑组件包括设置于所述镜筒中并沿其轴向依序间隔分布的玻璃盖板、光环及光阑板，所述镜筒上开设有用于容置所述玻璃盖板的第一避让台阶、用于容置所述光环的第二避让台阶，以及用于卡接所述光阑板的卡槽，所述光阑板上开设有用于将透过所述玻璃盖板、所述光环的太阳光聚焦形成所述光斑的聚光孔。

3.如权利要求2所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述镜筒包括底端与所述底座相连的第一镜筒、以及设置于所述第一镜筒顶端并与所述第一镜筒相连通的第二镜筒，所述相机组件设于所述第一镜筒的底端，所述玻璃盖板和所述光环设于所述第二镜筒的顶端，所述光阑板设于所述第一镜筒与所述第二镜筒的连接位置处。

4.如权利要求3所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述相机组件包括支座、以及安装于所述支座上的相机，所述太阳方位角的测量装置还包括用于将所述支座安装于所述第一镜筒底端的第一螺钉，所述支座上开设有供所述第一螺钉穿过的通过孔，所述第一镜筒上对应所述通过孔的位置开设有与所述第一螺钉相配合的第一螺纹孔，所述第一螺钉穿过所述通过孔并伸入所述第一螺纹孔内形成螺纹连接。

5.如权利要求3所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述太阳方位角的测量装置还包括用于支撑所述第一镜筒的若干导向柱，若干所述导向柱呈环形阵列间隔设置于所述底座上。

6.如权利要求5所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述导向柱的数量为三个，相邻两个所述导向柱之间的夹角范围为100～150°。

7.如权利要求5所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述太阳方位角的测量装置还包括用于将所述第一镜筒与各所述导向柱连接的第二螺钉，所述第一镜筒上开设有供所述第二螺钉穿过的贯穿孔，各所述导向柱上对应所述贯穿孔位置开设有与所述第二螺钉相配合的第二螺纹孔，所述第二螺钉穿过所述贯穿孔并伸入所述第二螺纹孔内形成螺纹连接。

8.如权利要求7所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述太阳方位角的测量装置还包括用于调整所述第一镜筒水平度的弹簧，所述弹簧套套设于各所述导向柱，所述弹簧一端与所述第一镜筒抵接，所述弹簧另一端与所述底座抵接。

9.如权利要求8所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，所述太阳方位角的测量装置还包括呈环形阵列间隔设置于所述底座上的若干磁铁，所述底座上对应各所述磁铁位置开设有用于容置各所述磁铁的凹槽。

10.太阳方位角的测量方法，使用如权利要求1-9任一项所述的太阳方位角的测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

S01、将所述测量装置放置于水平面上，通过调节所述镜筒的水平度，保证所述测量装置水平度；

S02、太阳光依次经过所述光阑组件形成光斑，并通过相机采集特定时刻的光斑照片，并将拍摄的所述光斑照片传送至所述分析部进行分析；

S03、依据照片像素强弱分析所述光斑的中心位置，做好标记，并将特定时刻的形成光斑所对应的方位角作为参考方位角；

S04、采集其他任意有效时刻的光斑照片，借助所述分析部识别对应时刻的光斑中心；

S05、参照特定时刻的所述光斑的位置及方位角，通过角度换算关系即可得到任意有效时刻的方位角。