CN111397225A - 一种碟式太阳能镜面安装校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种碟式太阳能镜面安装校正的方法，所述方法包括以下步骤：将碟式太阳能镜面开口向上放置，镜面开口所在平面平行于地面，在其焦点处放置振镜激光源发射方向可调的激光；通过镜面单元及定位靶确定L型支架准确位置；所述激光经所述镜面单元反射后，反射光线照射到固定在L型支架桁架的平面靶上；根据所述平面靶上的光点位置判断所述反射光线是否满足预定条件，不满足预定条件时调节镜面单元以满足所述条件；移动L型支架竖杆底部移动装置，完成所述碟式太阳能镜面其余部分的安装校正。本发明的有益效果：校正装置相对简单，校正效率高；不受阴晴及太阳位置的影响；可在镜面安装过程中进行实时校正，也可对完成安装后的镜面进行校正。

Description

一种碟式太阳能镜面安装校正的方法

技术领域

本发明涉及碟式太阳能发电领域，更具体地说，涉及一种碟式太阳能镜面安装校正的方法。

背景技术

碟式太阳能发电是太阳光热发电常见的一种方式。它是利用碟面镜片将太阳光聚集到较小的区域，通过将该区域的热能转化为机械能从而进行发电的一种发电系统。碟式太阳能镜面的安装精度直接决定聚焦效果，从而影响系统的工作效率，如何保证镜面精准聚焦是必须解决的问题。

目前，碟式太阳能镜面安装校正的主要方法有对日调焦法、VSHOT法、彩色条纹法、平行激光法。对日调焦法是直接利用日光来检查聚焦效果，方法原理简单，聚焦靶面工作在一倍焦距处，需要考虑太阳位置变化与镜面遮挡，校正效率不高。Jones S A等人1997年在Office of Science&Technical Information Technical Reports中的文章VSHOTmeasurement uncertainty and sensitivity study中提出VSHOT法，该方法根据反射的激光光点是否偏移来确定镜面安装是否正确，激光源和靶面通常安置在距离碟式太阳能镜面的二倍焦距处测量，并将镜面垂直放置，现场实施难度较大。Steffen Ulmer等人2008年在Journal of Solar Energy Engineering中的文章Slop Measurements of ParabolicDish Concentrators Using Color-Coded Targets中提出彩色条纹法，该方法将靶面和相机分开放置，同样通常将聚焦镜面垂直放置，利用特定算法计算出聚焦镜面的位置和指向信息，同样存在现场条件要求高的问题。陈瑜等人2016年在湖南科技大学硕士论文《碟式聚光器镜面安装检测方法及装置原理设计》中提出平行激光法，将靶面放置在聚焦镜一倍焦距处，采用平行激光照射镜面进行安装定位的校正。

与本发明相比：对日调焦法受天气条件限制严重，无法像本发明一样在阴天和夜晚一样实施聚焦镜调焦。VSHOT法利用和本发明中相同的可变方向激光源，但是由于激光源和靶面的安放条件限制，需要将镜面垂直放置，对大尺寸聚焦镜面的聚焦校正调整实施难度较大，本发明可以将待校正镜面水平放置，校正过程方便易于实施。彩色条纹法将彩色图案靶面置于镜面焦点处，相机距离镜面中心较远，对现场校正条件要求较高，本发明要求的校正场所大小仅比待校正镜面略大即可，实践中易于满足。平行激光法与本发明同样可以将聚焦镜面水平放置，但聚焦镜校正精度受平行激光的安装指向误差影响很大，对安置激光器的桁架的机械刚性要求高，本发明激光源置于太阳能镜面的靶面处，由聚焦镜面机械结构中的高刚性支架提供支撑，由机械形变引起的误差大大减小。

碟式太阳能镜面的安装精度直接影响系统的工作效率，检测镜面安装位置是否正确是确保系统有效运行的前提。实践中，太阳能镜面的安装校正受气象条件，工程进度要求，安装现场条件等因素影响很大，本方法不受气象条件限制，现场条件要求易于满足，校正流程直观，便于实施，可以有效实施碟式太阳能镜面的安装校正。

发明内容

针对现有安装校正手段，本发明提出一种新的碟式太阳能镜面安装校正的方法，能够解决安装校正过程中的技术问题。

为实现上述安装校正的目的，本发明的技术方案实施步骤如下：

一种碟式太阳能镜面安装校正的方法，包括：

S1：将碟式太阳能镜面开口向上放置，镜面开口所在平面平行于地面，在其焦点处放置振镜激光源发射方向可调的激光；

S2：通过镜面单元及定位靶确定L型支架准确位置；

S3：所述激光经所述镜面单元反射后，反射光线照射到固定在L型支架桁架的平面靶上；

S4：根据所述平面靶上的光点位置判断所述反射光线是否满足预定条件，不满足预定条件时调节镜面单元以满足所述条件；

S5：移动L型支架竖杆底部移动装置，完成所述碟式太阳能镜面其余部分的安装校正。

进一步的，步骤S1中，所述振镜激光源由两个镜面相互垂直的振镜、振镜马达、马达驱动器与控制器组成；

进一步的，所述第一个振镜马达转轴平行于所述L型支架桁架，所述第二个振镜马达转轴垂直于所述L型支架桁架；

进一步的，步骤S2中，所述激光要经过所述碟式太阳能镜面的每个镜面单元的几何中心后出射；

进一步的，步骤S3中，所述平面靶上的标准位置要位于每个镜面单元几何中心位置的正上方；

进一步的，步骤S4中，判断所述反射光线的入射位置是否满足所述预定条件包括：所述平面靶上的光点位置是否偏离所述平面靶的标准位置；

进一步的，步骤S5中，所述L型支架竖杆底部移动装置可绕所述碟式太阳能镜面进行圆周运动。

与现有技术相比较，本发明所述一种碟式太阳能镜面安装校正的方法，具有以下优点：

校正装置相对简单，校正效率高；不受阴晴及太阳位置的影响；可在镜面安装过程中进行实时校正，也可对完成安装后的镜面进行校正。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明一种碟式太阳能镜面安装校正的方法的结构示意图；

图2示出了本发明一种碟式太阳能镜面安装校正的方法的流程示意图；

图3出示了本发明振镜激光源组成示意图；

其中：1、振镜激光源；2、支撑架；3、L型支架(3-1、L型支架桁架；3-2、L型支架竖杆)；4、定位靶；5、碟式太阳能镜面(5-1、镜面单元)；6、转轴；7、平面靶；8、移动装置；9、X振镜；10、Y振镜。

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做出创造性劳动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。

参见图1示出了本发明一种碟式太阳能镜面安装校正的方法的结构示意图。

由图1可知，该结构主要包括：

碟式太阳能镜面(5)的半径以7米为例，其镜面边缘最高点到地面的距离以2米为例，在其中心位置固定一竖直向上延伸的支撑架(2)，支撑架(2)长度以6米为例。碟式太阳能镜面(5)由镜面单元(5-1)组成，镜面单元(5-1)根据碟式太阳能镜面(5)圆心位置成轴对称分布，从圆心位置向外，镜面单元(5-1)尺寸会略有差别，为方便表示，将沿圆心向外的某一直线上的所有镜面单元(5-1)称为一列镜面单元。

振镜激光源(1)由从碟式太阳能镜面(5)圆心位置竖直向上延伸的支撑架(2)固定，支撑架(2)与L型支架桁架(3-1)连接处有转轴(6)，L型支架(3)可通过转轴(6)绕支撑架(2)做圆周运动，L型支架桁架(3-1)始终位于平行于地面的平面上。在做圆周运动时，以户外较为平坦的路面为例，因为无法保证地面完全水平，允许L型支架桁架(3-1)与平行于地面的水平位置有上下10厘米的偏差，此时并不会影响校正效果。

平面靶(7)通过固定装置固定在L型支架桁架(3-1)下方，根据L型支架竖杆(3-2)成左右对称分布。平面靶(7)以长7米，宽0.5米，高0.05米的长方体薄板为例，其下表面由许多横竖相交且间隔均匀的刻线组成，刻线构成刻度标定距离。

定位靶(4)通过固定装置固定在L型支架竖杆(3-2)上略高于碟式太阳能镜面(5)边缘最高点的位置，根据L型支架竖杆(3-2)成左右对称分布。定位靶(4)以长0.5米，宽0.5米，厚0.01米的长方体薄板为例，其面向碟式太阳能镜面(5)的表面由许多横竖相交且间隔均匀的刻线组成。

移动装置(8)通过固定装置固定在L型支架竖杆(3-2)底部，带动L型支架(3)绕碟式太阳能镜面(5)进行圆周运动。

参见图2示出了本发明一种碟式太阳能镜面安装校正的方法的流程示意图。

由图2可知，该方法主要包括：

S1：将碟式太阳能镜面(5)开口向上放置，镜面开口所在平面平行于地面，在其焦点处放置振镜激光源(1)发射方向可调的激光。

振镜激光源(1)由两个镜面相互垂直的振镜、振镜马达、马达驱动器与控制器组成。

工作人员操作控制器发送指令，接收到指令后马达驱动器驱动振镜马达，振镜马达带动振镜完成所需角度的偏转。

第一个振镜马达转轴平行于所述L型支架桁架(3-1)，为方便表示，将第一个振镜称为X振镜(9)；第二个振镜马达转轴垂直于所述L型支架桁架(3-1)，为方便表示，将第二个振镜称为Y振镜(10)。

通过控制器转动X、Y镜的角度，将激光垂直射入碟式太阳能镜面(5)的正中心位置，该中心由镜面支撑架构的机械中心确定，此时X、Y镜的初始角度记为(α0，β0)。

通过改变X镜与Y镜的角度，可将从振镜激光源(1)出射的激光射入碟式太阳能镜面(5)的镜面单元(5-1)。

S2：通过镜面单元(5-1)及定位靶(4)确定L型支架(3)准确位置。

激光要经过碟式太阳能镜面(5)的镜面单元(5-1)几何中心后出射。

将镜面单元(5-1)的四个顶点设置为4个标记靶点，从振镜激光源(1)出射的激光分别照射在4个标记靶点上。

X、Y振镜在4个标记靶点上的偏转角度分别记为(α1，β1)，(α2，β2)，(α3，β3)，(α4，β4)。

根据公式计算得出激光照射在第一个镜面单元(5-1)的几何中心位置所需振镜偏转的角度值(α’，β’)，计算公式为：(α1+α2+α3+α4)/4＝α’，(β1+β2+β3+β4)/4＝β’。

反射光线照射到平面靶(7)上的前提要求是L型支架桁架(3-1)要位于某一列镜面单元(5-1)几何中心位置的正上方，即要确定L型支架(3)的准确位置，通过定位靶(4)满足该前提要求。

记振镜激光源(1)所发射的激光垂直射入碟式太阳能镜面(5)圆心时振镜角度为(α0，β0)，此时光束记为f1；振镜激光源(1)所发射的激光射入某一列镜面单元(5-1)的镜面单元几何中心位置时的振镜角度为(α’，β’)，此时光束记为f2；假设振镜激光源(1)的振镜偏转角度为(α”，β”)时的光束记为f3，当角度关系满足(α”-α’)/(α’-α0)＝(β”-β’)/(β’-β0)时，可确定f1、f2、f3三条光束在同一平面内。

移动L型支架竖杆(3-2)底部移动装置(8)，带动定位靶(4)所在的L型支架竖杆(3-2)运动，在运动过程中，当振镜激光源(1)的振镜偏转角度为(α”，β”)时发出的激光束恰好照射在定位靶(4)中间竖直刻线的任意位置时，此时L型支架桁架(3-1)位于镜面单元(5)几何中心位置的正上方，即达到反射光线照射到平面靶(7)上的前提要求。

S3：所述激光经所述镜面单元(5-1)反射后，反射光线照射到固定在L型支架桁架(3-1)的平面靶(7)上。

通过控制器调整好振镜角度(α’，β’)后，振镜激光源(1)发出的激光经镜面单元(5-1)几何中心位置反射后，照射到固定在L型支架桁架(3-1)下方的平面靶(7)上。

S4：根据所述平面靶(7)上的光点位置判断所述反射光线是否满足预定条件，不满足预定条件时调节镜面单元(5-1)以满足所述条件。

所述条件步骤如下：

1、固定在L型支架桁架(3-1)下方的平面靶(7)上设有标准位置，标准位置作为对照标志存在，其数目和某一列镜面单元(5-1)的数目相同。

2、在满足前提条件的情况下，平面靶(7)上的标准位置位于每一个镜面单元(5-1)几何中心的正上方。

3、判断反射光线的入射位置是否满足预定条件的依据是观察平面靶(7)上的光点位置是否偏离所述平面靶(7)的标准位置。

4、在不满足预定条件的情况下，调节镜面单元(5-1)以满足预定条件。

5、根据平面靶(7)上光点的实际位置与标准位置的偏差，调节镜面单元(5-1)的球铰螺栓，使得调节后的反射光线满足预定条件。

6、根据平面靶(7)刻度，若平面靶(7)上的光点在位于标准位置的某一方向的距离L处，则将镜面单元(5-1)往该方向的相反方向调节一定角度γ。

7、根据机械结构求得该镜面单元(5-1)几何中心位置与平面靶(7)上标准位置的距离为L’，则计算镜面单元(5-1)的调节角度为γ＝atan(L/L’)。

8、调节镜面单元(5-1)后，调节后的反射光线满足预定条件，即视为该镜面单元(5-1)完成校正。

S5：移动L型支架竖杆(3-2)底部移动装置(8)，完成所述碟式太阳能镜面(5)其余部分的安装校正。

移动装置(8)可以由但不仅限于滚轮来实现，运动过程，L型支架竖杆(3-2)始终垂直于地面。

在具体使用时，根据本发明所述的一种碟式太阳能镜面安装校正的方法，振镜激光源1发出的激光射入各镜面单元5-1，经镜面单元5-1反射后，照射在固定在L型支架桁架3-2下方的平面靶7上，根据光点位置与标准位置的偏差来调节校正镜面单元5-1。完成某一列镜面单元5-1安装校正后，移动装置8做机械运动带动L型支架3绕碟式太阳能镜面转动，进行下一列镜面单元5-1的扫描，直至完成所有镜面单元5-1的安装校正。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过观察平面靶上激光点的位置来调节镜面单元角度，达到安装校正镜面单元的正确位置。在明确原理的基础上简化了安装校正所需环境的要求，使之更加易于操作。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1将碟式太阳能镜面开口向上放置，镜面开口所在平面平行于地面，在其焦点处放置振镜激光源发射方向可调的激光；

S2通过镜面单元及定位靶确定L型支架准确位置；

S3所述激光经所述镜面单元反射后，反射光线照射到固定在L型支架桁架的平面靶上；

S4根据所述平面靶上的光点位置判断所述反射光线是否满足预定条件,不满足预定条件时调节镜面单元以满足所述条件；

S5移动L型支架竖杆底部移动装置，完成所述碟式太阳能镜面其余部分的安装校正。

2.根据权利要求1所述的碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，步骤S1中，所述振镜激光源由两个镜面相互垂直的振镜、振镜马达、马达驱动器与控制器组成。

3.根据权利要求2所述的碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，所述第一个振镜马达转轴平行于所述L型支架桁架，所述第二个振镜马达转轴垂直于所述L型支架桁架。

4.根据权利要求1所述的碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，步骤S2中，所述激光要经过所述碟式太阳能镜面的每个镜面单元的几何中心后出射。

5.根据权利要求1所述的碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，步骤S3中，所述平面靶上的标准位置要位于每个镜面单元几何中心位置的正上方。

6.根据权利要求1所述的碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，步骤S4中，判断所述反射光线的入射位置是否满足所述预定条件包括：所述平面靶上的光点位置是否偏离所述平面靶的标准位置。

7.根据权利要求1所述的碟式太阳能镜面安装校正的方法，其特征在于，步骤S5中，所述L型支架竖杆底部移动装置可绕所述碟式太阳能镜面进行圆周运动。

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