CN110780673B - 一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统，包括：探照灯引导系统、定日镜清洗系统、定日镜场控制系统；其中：所述探照灯引导系统包括探照灯组系统和探照灯组控制系统；所述定日镜场控制系统用于控制定日镜处于待机状态、追日状态、清洗状态；所述定日镜清洗系统包括定日镜清洗车和探照光斑识别跟踪系统；所述探照灯组系统包括：安装于吸热塔的探照灯组、探照灯组驱动模块、记录光斑运动模块；所述探照灯组控制系统包括存储模块、驱动控制模块。本发明利用夜间时间对定日镜进行清洗，既不影响定日镜的正常工作，又可以实现定日镜清洗车的自动清洗，而且定日镜每天结束工作后都要回归到零位位置，还节约了定日镜清洗的成本。

Description

一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对电能的需求逐年增加，传统能源在生产过程中会产生大量的污染，所以太阳能发电技术作为清洁高效的能源供应方式得到了快速的发展。
在塔式太阳能发电技术中，太阳光通过定日镜的反射将光能聚集到吸热塔上，所以定日镜的清洁度将直接影响太阳能发电的发电量和光能转换的效率，受天气和地理位置的影响，定日镜表面每天的清洁度下降率是不同的，在中国西北地区，定日镜每天的反射率平均下降3％，所以定日镜每隔一段时间就必须要进行一次清洗。
目前塔式光热电站定日镜的清洗周期是约为3-10天，为了保证清洗时不对定日镜造成损坏都是在白天清洗。每次清洗时约有1％-3％的定日镜处于清洗状态，这些处于清洗状态的定日镜无法将太阳光照反射至吸热系统，导致镜场可用率降低，造成能量的浪费。
因此，寻找一种不影响定日镜正常工作的清洗方案是目前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统。本发明的技术方案如下：
一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统，包括：探照灯引导系统、定日镜清洗系统、定日镜场控制系统；其中：
所述探照灯引导系统包括探照灯组系统和探照灯组控制系统；
所述定日镜场控制系统用于控制定日镜处于待机状态、追日状态、清洗状态；
所述定日镜清洗系统包括定日镜清洗车和探照光斑识别跟踪系统；
所述探照灯组系统包括：安装于吸热塔的探照灯组、探照灯组驱动模块、记录光斑运动模块；
所述探照灯组射出光柱，并预先在定日镜清洗车的运行路径上形成光斑；
所述探照灯组驱动模块用于驱动探照灯组的转向运动；
所述记录光斑运动模块，用于跟踪光斑的运动，并将其反馈给所述探照灯组控制系统；
所述探照灯组控制系统控制所述探照灯组的方向以及探照光斑的移动速度；
所述探照灯组控制系统包括存储模块、驱动控制模块；
所述存储模块用于存储所述记录光斑运动模块的反馈信号、预先设定的定日镜清洗车的前进路径，并将该述信息发送给驱动控制模块；
所述的驱动控制模块，用于接收所述存储模块所存储的预先设定的定日镜清洗车前进路径的坐标，并根据所述记录光斑运动模块的反馈信号来控制探照灯组驱动模块，并最终控制探照光斑的移动速度和转动方向；
所述探照灯引导系统将探照光斑照射至所述定日镜清洗车的行进路径上，通过所述探照光斑识别跟踪系统识别光斑并激活定日镜清洗车使之处于备用状态；
所述探照光斑识别跟踪系统识别探照光斑并控制定日镜清洗车以合适的速度跟踪光斑至所需清洗的定日镜。
所述系统的工作时间为夜间或者DNI小于等于150W/m2的时间段。
可选地，所述定日镜清洗车为一种跨越式的定日镜清洗车，即定日镜清洗车的清洗装置横跨于定日镜平放正上方。
可选地，所述的定日镜清洗车包括：清洗平台、清洗机构以及清洗机构框架；所述清洗机构框架包括前后框架；所述清洗机构框架设置于所述清洗平台上。
可选地，所述的清洗机构用于直接清洗定日镜，包括：两块海绵体、若干喷嘴、喷水控制装置；
所述两块海绵体用于清洗定日镜的镜面，两块海绵体分别设置在清洗机构的前后框架上，前海绵体为粗洗，清除大部分污垢和灰尘，后海绵体为精细，进一步去除灰尘并把多余水渍擦干净；
所述的喷水控制装置，用于控制喷嘴喷水的时间以及喷水量，所述若干喷嘴位于两海绵体之间，每次的出水量为0.5L左右。
可选地，所述喷水控制装置包括超声波传感器、电磁阀、水箱和水泵，其中，超声波传感器，设置在清洗机构框架上，用于检测喷嘴前方是否有需要清洗的定日镜；电磁阀为控制喷嘴喷水的开关；水箱的容量为60-6000L，存储用于定日镜清洗的水分；水泵用于给水箱中的水提供水压。
可选地，所述定日镜清洗车设置有驱动控制模块，用于控制清洗车的工作状态和行进方式，所述驱动控制模块包括内燃机驱动模块和蓄电池驱动模块，所述内燃机驱动模块用于给所述清洗车提供动力，所述蓄电池驱动模块用于给所述喷水控制装置提供电力。
可选地，所述定日镜清洗车在清洗定日镜时的移动速度为0.2-0.5m/s，定日镜清洗车在前进状态时的移动速度为0.5-1m/s。
可选地，所述定日镜清洗车上固定有传感摄像头，所述探照光斑识别跟踪系统通过该述固定式传感摄像头识别探照光斑。
可选地，所述光斑数据为灰度图像数据，用基于最大类间方差对所述灰度图像进行分割，并对分割后的每一个子图像进行边缘提取，提取每一个子图像的轮廓。
可选地，所述传感摄像头固定于所述定日镜清洗车的横梁上；
所述探照光斑所打的位置为预先设定的定日镜清洗车前进路径上的位置，所述传感摄像头图像的中心点应时刻保持在预定前进路线。
可选地，由所述子图像的轮廓和所获得的检测区域内特定灰度值的坐标并协同所述超声波传感器来决定定日镜清洗车处于行进模式还是工作模式；其中，所述检测区域为定日镜清洗车前的3m以内的区域。
可选地，当所述子图像轮廓为近似圆形时，定日镜清洗车处于前进状态，根据检测区域内特定灰度值的坐标位于所述传感摄像头图像中心点的位置调节定日镜清洗车的前进速度和转向角度；当所述子图像的轮廓无法计算时，如果此时超声波传感器反映此时有信号输入，则定日镜清洗车应工作在清洗状态，所述清洗车减速并将清洗机构下降到指定高度。
可选地，所述探照灯组驱动模块为两个自由度的探照灯引导结构，设置有两个步进电机分别控制探照灯横向转动和竖向转动，该述两个步进电机均设置有减速机械结构，所述减速机械结构用于步进电机的精确控制；
所述的减速机械结构包括支撑架、减速箱、固定架，支撑架用于支撑整个机械结构，减速箱连接于步进电机和探照灯，固定架固定步进电机在支撑架上，同时固定探照灯的末端，和减速箱一起控制探照灯的转向。
可选地，所述定日镜清洗系统对定日镜既可以进行水洗，也可以进行干洗。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统，利用夜间时间对定日镜进行清洗，既不影响定日镜的正常工作，又可以实现定日镜清洗车的自动清洗，而且定日镜每天结束工作后都要回归到零位位置，还节约了定日镜清洗的成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明具体实施例一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统的横向结构示意图；
图2为本发明具体实施例一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统的纵向结构示意图；
符号说明：
1-吸热塔、2-探照灯组、3-吸热塔上的摄像头、4-所述探照灯组驱动模块的步进电机及减速机械结构、5-待清洗定日镜、6-定日镜清洗车、7-清洗车上的传感摄像头、8-探照灯引导系统照射光柱、9-探照灯引导系统上摄像头接收信号、10-定日镜清洗车行进路径的光斑位置、11-清洗车上的传感摄像头接受到的光斑信号、12-定日镜清洗车前进方向。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参见图1和图2，本实施例公开了一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统，包括：探照灯引导系统、定日镜清洗系统、定日镜场控制系统；其中：
所述探照灯引导系统包括探照灯组系统和探照灯组控制系统；
所述定日镜场控制系统用于控制定日镜处于待机状态、追日状态、清洗状态；
所述定日镜清洗系统包括定日镜清洗车6和探照光斑识别跟踪系统；所述探照灯组系统包括：探照灯组2、探照灯组驱动模块、记录光斑运动模块；所述记录光斑运动模块包括摄像头3。
所述探照灯组射出光柱，并预先在定日镜清洗车的运行路径上形成光斑。
所述探照灯组驱动模块用于驱动探照灯组的转向运动；所述探照灯组驱动模块为两个自由度的探照灯引导结构，设置有两个步进电机分别控制探照灯横向转动和竖向转动，该述两个步进电机均设置有减速机械结构，所述减速机械结构用于步进电机的精确控制。
所述减速机械结构包括支撑架、减速箱、固定架，支撑架用于支撑整个机械结构，减速箱连接于步进电机和探照灯，固定架固定步进电机在支撑架上，同时固定探照灯的末端，和减速箱一起控制探照灯的转向。
步进电机及减速机械结构4通过上述两个步进电机来控制吸热塔上探照灯组2的转向，实现探照灯组2两个自由度的任意角度转动。
所述探照灯组2、吸热塔上的摄像头3、步进电机及减速机械结构4，均设置于吸热塔1的上部。探照灯组2具有强大的光源，能将探照灯引导系统照射光柱8集中在很小的一个立体角内(小于2度)来获得较大光强。
所述记录光斑运动模块，用于跟踪光斑的运动，并将其反馈给所述探照灯组控制系统。
所述探照灯组控制系统控制所述探照灯组的方向以及探照光斑的移动速度。
所述探照灯组控制系统包括存储模块、驱动控制模块。
所述存储模块用于存储所述记录光斑运动模块的反馈信号(本实施例中为探照灯引导系统上摄像头接收信号9)、预先设定的定日镜清洗车的前进路径，并将该述信息发送给驱动控制模块；
所述的驱动控制模块，用于接收所述存储模块所存储的预先设定的定日镜清洗车前进路径的坐标，并根据所述记录光斑运动模块的反馈信号来控制探照灯组驱动模块，即决策此时控制探照灯组转向的步进电机需要多少脉冲，并最终控制探照光斑的移动速度和转动方向；
所述探照灯引导系统将探照光斑照射至所述定日镜清洗车的行进路径上，通过所述探照光斑识别跟踪系统识别光斑并激活定日镜清洗车使之处于备用状态；
所述探照光斑识别跟踪系统识别探照光斑并控制定日镜清洗车以合适的速度跟踪光斑至所需清洗的定日镜。
在所述定日镜清洗车开始清洗一面定日镜时，所述定日镜场控制系统将下一个待清洗的定日镜标记为清洗状态，并通过网关模块检测定日镜的水平角和方位角是否处于零位位置，如果反馈定日镜的水平角和方位角没有处在零位位置，则控制定日镜控制器转动步进电机到零位位置，并将探照灯引导系统所打光斑在定日镜清洗车清洗完当前定日镜后即将清洗下一面定日镜前停止移动，直到网关模块返回定日镜已处在零位状态的信息，探照灯引导系统的光斑继续移动，控制清洗车前进；如果反馈定日镜的水平角和方位角处在零位位置，则锁住定日镜步进电机的控制端，防止误操作以损坏设备。所述的定日镜清洗车在清洗完一面定日镜后，将清洗完的定日镜标记为待机状态并解锁定日镜的控制端，以供定日镜控制系统可以操作定日镜。所述定日镜清洗车为自动清洗装置，由探照灯引导系统的光斑控制清洗车的行进方向和速度，每次定日镜清洗车要开始工作前需要人工操作清洗车到预定开始位置并检查清洗车，在清洗车可以正常工作的情况下手动启动清洗车。
本实施例中，所述定日镜清洗车为一种跨越式的定日镜清洗车，即定日镜清洗车的清洗装置横跨于定日镜平放正上方。
所述的定日镜清洗车包括：清洗平台、清洗机构以及清洗机构框架；所述清洗机构框架包括前后框架；所述清洗机构框架设置于所述清洗平台上。
所述清洗机构用于直接清洗定日镜，包括：两块海绵体、若干喷嘴、喷水控制装置；
所述两块海绵体用于清洗定日镜的镜面，两块海绵体分别设置在清洗机构的前后框架上，前海绵体为粗洗，清除大部分污垢和灰尘，后海绵体为精细，进一步去除灰尘并把多余水渍擦干净；
所述的喷水控制装置，用于控制喷嘴喷水的时间以及喷水量，所述若干喷嘴位于两海绵体之间，每次的出水量为0.5L左右。
所述喷水控制装置包括超声波传感器、电磁阀、水箱和水泵，其中，超声波传感器，设置在清洗机构框架上，用于检测喷嘴前方是否有需要清洗的定日镜；电磁阀为控制喷嘴喷水的开关；水箱的容量为60-6000L，存储用于定日镜清洗的水分；水泵用于给水箱中的水提供水压。
所述定日镜清洗车设置有驱动控制模块，用于控制清洗车的工作状态和行进方式，所述驱动控制模块包括内燃机驱动模块和蓄电池驱动模块，所述内燃机驱动模块用于给所述清洗车提供动力，所述蓄电池驱动模块用于给所述喷水控制装置提供电力。
所述定日镜清洗车在清洗定日镜时的移动速度为0.2-0.5m/s，定日镜清洗车在前进状态时的移动速度为0.5-1m/s。
所述定日镜清洗车上固定有传感摄像头7，所述探照光斑识别跟踪系统通过该述固定式传感摄像头识别探照光斑。其中，所述传感摄像头固定于所述定日镜清洗车的横梁上；所述探照光斑所打的位置为预先设定的定日镜清洗车前进路径上的位置，所述传感摄像头图像的中心点应时刻保持在预定前进路线。
具体地，所述的探照光斑识别跟踪系统中，由探照灯组2发出的探照灯引导系统照射光柱8打在清洗车6行进路径的光斑位置10，由定日镜清洗车上的传感摄像头7接收其位置信息，判断定日镜清洗车上驱动控制模块的工作模式(行进模式或清洗模式)及清洗方法(水洗或干洗)。
清洗车前进方向12为定日镜清洗系统决策后所选定的方向，定日镜清洗车在清洗定日镜5时的移动速度为0.5-1m/s。所述的定日镜清洗车6为一种跨越式的定日镜清洗车6，即定日镜清洗车的清洗装置横跨与定日镜正上方。所述的探照光斑识别跟踪系统通过固定式传感摄像头7识别探照光斑，每台定日镜清洗车安装的固定式传感摄像头数量为1-2个。所述的定日镜清洗系统对定日镜既可以进行水洗，也可以进行干洗。本实施例中对水洗方式进行阐述，这里仅为举例，本发明不对具体清洗方式作出限定。
所述的定日镜清洗车工作原理为由传感摄像头7接收到的光斑数据为灰度图像数据，用基于最大类间方差对所述灰度图像进行分割，并对分割后的每一个子图像进行边缘提取，提取每一个子图像的轮廓。由子图像的轮廓和所获得的检测区域内特定灰度值的坐标并协同超声波传感器来决定定日镜清洗车行进方向和工作模式。其中，所述检测区域为定日镜清洗车前的3m以内的区域。
当子图像轮廓为近似圆形时，探照光斑识别跟踪系统控制定日镜清洗车6处于前进状态，根据检测区域内特定灰度值的坐标位于摄像头图像中心点的位置调节定日镜清洗车的前进速度和转向角度；本实施例中，探照光斑对应光斑信号11。
当子图像的轮廓无法计算时，如果此时超声波传感器反馈有信号输入，则探照光斑识别跟踪系统控制定日镜清洗车6工作在清洗状态，清洗车减速并将清洗机构下降到指定高度，使清洗刷上的海绵体正好压在定日镜镜面上。
所述的所述定日镜场控制系统可以控制定日镜处于待机状态、追日状态、清洗状态。在所述定日镜清洗车移动的过程中，所述定日镜场控制系统控制定日镜的水平角、方位角为0°使定日镜处于清洗状态。
所述系统的工作时间为夜间或者DNI小于等于150W/m2的时间段。前述DNI是太阳的直接辐射能量的一种指标，是本领域的常用参数。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (14)

1.一种基于探照灯引导的定日镜夜间清洗系统，其特征在于，包括：探照灯引导系统、定日镜清洗系统、定日镜场控制系统；其中：
所述探照灯引导系统包括探照灯组系统和探照灯组控制系统；
所述定日镜场控制系统用于控制定日镜处于待机状态、追日状态、清洗状态；
所述定日镜清洗系统包括定日镜清洗车和探照光斑识别跟踪系统；
所述探照灯组系统包括：安装于吸热塔的探照灯组、探照灯组驱动模块、记录光斑运动模块；
所述探照灯组射出光柱，并预先在定日镜清洗车的运行路径上形成光斑；
所述探照灯组驱动模块用于驱动探照灯组的转向运动；所述记录光斑运动模块，用于跟踪光斑的运动，并将其反馈给所述探照灯组控制系统；
所述探照灯组控制系统控制所述探照灯组的方向以及探照光斑的移动速度；
所述探照灯组控制系统包括存储模块、驱动控制模块；
所述存储模块用于存储所述记录光斑运动模块的反馈信号、预先设定的定日镜清洗车的前进路径，并将该信息发送给驱动控制模块；
所述的驱动控制模块，用于接收所述存储模块所存储的预先设定的定日镜清洗车前进路径的坐标，并根据所述记录光斑运动模块的反馈信号来控制探照灯组驱动模块，并最终控制探照光斑的移动速度和转动方向；
所述探照灯引导系统将探照光斑照射至所述定日镜清洗车的行进路径上，通过所述探照光斑识别跟踪系统识别光斑并激活定日镜清洗车使之处于备用状态，并在所需清洗的定日镜的水平角和方位角处于零位位置的情况下，引导所述定日镜清洗车行进至所述所需清洗的定日镜；
所述探照光斑识别跟踪系统识别探照光斑并控制定日镜清洗车以合适的速度跟踪光斑至所述所需清洗的定日镜；
所述系统的工作时间为夜间或者DNI小于等于150W/m2的时间段。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定日镜清洗车为一种跨越式的定日镜清洗车，即定日镜清洗车的清洗装置横跨于定日镜平放正上方。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的定日镜清洗车包括：清洗平台、清洗机构以及清洗机构框架；所述清洗机构框架包括前后框架；所述清洗机构框架设置于所述清洗平台上。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的清洗机构用于直接清洗定日镜，包括：两块海绵体、若干喷嘴、喷水控制装置；
所述两块海绵体用于清洗定日镜的镜面，两块海绵体分别设置在清洗机构的前后框架上，前海绵体为粗洗，清除大部分污垢和灰尘，后海绵体为精细，进一步去除灰尘并把多余水渍擦干净；
所述的喷水控制装置，用于控制喷嘴喷水的时间以及喷水量，所述若干喷嘴位于两海绵体之间，每次的出水量为0.5L左右。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述喷水控制装置包括超声波传感器、电磁阀、水箱和水泵，其中，超声波传感器，设置在清洗机构框架上，用于检测喷嘴前方是否有需要清洗的定日镜；电磁阀为控制喷嘴喷水的开关；水箱的容量为60-6000L，存储用于定日镜清洗的水分；水泵用于给水箱中的水提供水压。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述定日镜清洗车设置有驱动控制模块，用于控制清洗车的工作状态和行进方式，所述驱动控制模块包括内燃机驱动模块和蓄电池驱动模块，所述内燃机驱动模块用于给所述清洗车提供动力，所述蓄电池驱动模块用于给所述喷水控制装置提供电力。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定日镜清洗车在清洗定日镜时的移动速度为0.2-0.5m/s，定日镜清洗车在前进状态时的移动速度为0.5-1m/s。
8.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述定日镜清洗车上固定有传感摄像头，所述探照光斑识别跟踪系统通过该固定式传感摄像头识别探照光斑。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光斑数据为灰度图像数据，用基于最大类间方差对所述灰度图像进行分割，并对分割后的每一个子图像进行边缘提取，提取每一个子图像的轮廓。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述传感摄像头固定于所述定日镜清洗车的横梁上；
所述探照光斑所打的位置为预先设定的定日镜清洗车前进路径上的位置，所述传感摄像头图像的中心点应时刻保持在预定前进路线。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，由所述子图像的轮廓和所获得的检测区域内特定灰度值的坐标并协同超声波传感器来决定定日镜清洗车处于行进模式还是工作模式；其中，所述检测区域为定日镜清洗车前的3m以内的区域。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，当所述子图像轮廓为近似圆形时，定日镜清洗车处于前进状态，根据检测区域内特定灰度值的坐标位于所述传感摄像头图像中心点的位置调节定日镜清洗车的前进速度和转向角度；当所述子图像的轮廓无法计算时，如果此时超声波传感器反映此时有信号输入，则定日镜清洗车应工作在清洗状态，所述清洗车减速并将清洗机构下降到指定高度。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探照灯组驱动模块为两个自由度的探照灯引导结构，设置有两个步进电机分别控制探照灯横向转动和竖向转动，该两个步进电机均设置有减速机械结构，所述减速机械结构用于步进电机的精确控制；
所述的减速机械结构包括支撑架、减速箱、固定架，支撑架用于支撑整个机械结构，减速箱连接于步进电机和探照灯，固定架固定步进电机在支撑架上，同时固定探照灯的末端，和减速箱一起控制探照灯的转向。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定日镜清洗系统对定日镜既可以进行水洗，也可以进行干洗。
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