CN111780439A - 基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，在抛物面反光镜上安装有一组光敏传感器，光敏传感器的排列方向和集热管的延伸方向互相垂直。当阳光的垂直角度偏离反光镜的法线方向，集热管的阴影投射到反光镜上的一组光敏传感器中的偏上或偏下的传感器上，控制器根据各个光敏传感器实时接收到的光照强度，判断出光源相对于反光镜的垂直角度，并做出相应的指令，使双向调节电机正转或反转，带动反光镜上下转动，直到集热管的阴影再次投射到最中间的一个光敏传感器上。通过上述调节，使反光镜反射阳光形成的聚光始终汇聚在吸热管上转化成热量，实现光电转化效率的最大化。

Description

基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能光热发电跟踪光源装置，具体是一种基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置。

背景技术

槽式光热发电是当前最成熟的太阳能热发电形式，全球已运行的光热电站项目一半以上都采用槽式技术。因太阳的照射角度随时间和季节而不断地变化，槽式光热发电设备中的抛物面反光镜也需要不断地调整朝向跟踪光源，使反光镜反射阳光形成的聚光始终照射在集热管上做功发电。现有的槽式光热发电设备采用计时式跟踪光源系统，在控制器中预先输入发电场的经纬度和当地经度对应的日期和实际时间，根据发电场的地理经纬度和日期时间计算阳光照射的实时角度，据此调节反光镜的朝向，实现光源跟踪功能。采用这种方式的发电设备在安装时需要做一定的初始化设置，要进行多次调整才能达到正常工作状态。而且采用这种跟踪方式的设备，其跟踪光源装置的通用性较差，在一个光热电站使用的光源跟踪装置只能在当地运行，如果更换地区使用，就需要根据新地址的经纬度和当地时间重新做初始化设置，否则无法正常使用。

发明内容

为了克服现有的计时式槽式光热发电跟踪光源装置需要做繁杂的初始化设置，而且通用性较差的缺点，本发明提供一种基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，在反光镜上安装一组光敏传感器，利用多个光敏传感器结合控制器实时检测反光镜相对于光源的角度，实时调整反光镜的垂直朝向，使反光镜反射阳光形成的聚光始终照射在集热管上。相较于现有的计时式跟踪光源技术，本光源跟踪装置不再需要输入时间日期、经纬度做初始化设置，而且本发明的通用性较强，在一个地区使用的跟踪装置，换到另一个地区即可立即正常工作，不再需要做任何的参数调整。

本发明所采用的技术方案是：一种基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，包括槽式抛物面反光镜，集热管，抛物面反光镜固定在圆弧支架上，圆弧支架远离圆心的一侧有齿轮条，并通过减速机和双向调节电机连接。在所述抛物面反光镜上安装有一组光敏传感器，所述光敏传感器的排列方向和集热管的延伸方向互相垂直，每一个所述光敏传感器都通过信号线连接控制器。当阳光从反光镜的法线方向照射时，所述集热管的阴影投射到一组光敏传感器中的最中间一个传感器所在的位置，此时反光镜反射阳光形成的聚光汇聚在集热管上做功发电。当阳光的垂直角度偏离所述反光镜的法线方向，所述集热管的阴影投射到反光镜上的一组光敏传感器中的偏上或偏下的传感器上，所述控制器根据各个光敏传感器实时接收到的光照强度，判断出光源相对于反光镜的垂直角度，并做出相应的指令，使所述双向调节电机正转或反转，并通过减速机带动反光镜上下转动，直到集热管的阴影再次投射到最中间的一个光敏传感器上，此时反光镜的垂直朝向与光源的照射角度一致。通过上述调节，使反光镜反射阳光形成的聚光始终汇聚在吸热管上转化成热量，实现光电转化效率的最大化。

上述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，所述反光镜上的各光敏传感器的间隔距离小于集热管的直径，无论反光镜的垂直角度为何，只要集热管的阴影投射在反光镜上，则至少有一个光敏传感器处于集热管的阴影之中。

上述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，所述抛物面反光镜的远离光源一面安装有两个背部光敏传感器，所述背部光敏传感器分别位于抛物面反光镜的上下两个边沿的背部，用来检测从反光镜后背方向照射过来的光线。在两个背部光敏传感器旁边都安装有遮光板，两个遮光板都固定在反光镜的背面。

上述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，所述抛物面反光镜及圆弧支架通过一个转轴固定在整体支架上，所述整体支架固定在底座上。

上述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，所述双向调节电机分别连接一个正转接触器和一个反转接触器，所述控制器通过正转信号线和反转信号线分别连接正转接触器和反转接触器，通过指令两个接触器的闭合和断开，实现对双向调节电机旋转方向的控制。

上述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，所述反光镜的两个边沿分别安装有一个行程开关，当反光镜的法线转动到接近水平角度时，较低的一个行程开关触碰到整体支架，从而断开双向调节电机的驱动电路，防止反光镜的法线角度过于接近水平线。

本发明的有益效果是，本发明跟踪光源装置通过在反光镜上安装一组光敏传感器，实时检测反光镜相对于太阳的垂直角度，并对反光镜的垂直角度做出实时调整，使槽式反光镜的垂直角度始终与太阳的垂直照射角度一致，简化了光源跟踪设备的安装设置工作，并实现光源跟踪设备的通用化。另外，本发明还可以实时检测光热发电场的环境光照强度，在阴雨天气不会驱动反光镜调整机构运转，节省了电能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明示意图；

图2为从图1中箭头A方向观察本发明得到的视图；

图3为从图1中箭头B方向观察本发明得到的视图。

图中1.反光镜，2.集热管，3.圆弧支架，4.减速机，5.双向调节电机，6.光敏传感器，7.控制器，8.背部光敏传感器，9.遮光板，10.转轴，11.整体支架，12.底座，13.正转接触器，14.反转接触器，15.行程开关一，16.行程开关二，17.信号线一，18.信号线二，19.正转信号线，20.反转信号线。

具体实施方式

基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置包括槽式抛物面反光镜1，集热管2，反光镜1固定在圆弧支架3上，圆弧支架3远离圆心的一侧有齿轮条，并通过这些齿轮条与减速机4上的齿轮啮合，减速机4和双向调节电机5连接。在反光镜1朝向光源一面安装有一组光敏传感器6，光敏传感器6的排列方向和集热管2的延伸方向互相垂直，每一个光敏传感器6都通过信号线连接控制器7，每个光敏传感器6都占用控制器7上的一个数据传输接口，并且光敏传感器6在反光镜1上的位置与其所占用的数据传输接口一一对应，控制器7根据接收到信号的数据传输接口判断传输这个信号的光敏传感器6在反光镜1上的位置。各光敏传感器6的间隔距离小于集热管2的直径，当集热管2的阴影投射在反光镜1上时，至少有一个光敏传感器6位于阴影之中。反光镜1的背离光源一面安装有两个背部光敏传感器8，两个背部光敏传感器8分别位于反光镜1的上下两个边沿的背部，都通过信号线与控制器7连接。在两个背部光敏传感器8旁边都安装有遮光板9，两个遮光板9都固定在反光镜1的背面，其延伸方向与反光镜1的法线成40度角，两个遮光板9呈80度角，因此当光线照射到一个背部光敏传感器8时，另一个背部光敏传感器8被其旁边的遮光板9遮挡而无法被照射到，而被阳光照射到的背部光敏传感器8旁边的遮光板9的延伸方向与阳光照射方向近于一致，遮光板9在反光镜1背面的投影较短，不会遮挡照射到背部光敏传感器8上的光线。反光镜1、集热管2及圆弧支架3通过转轴10固定在整体支架11上，整体支架11固定在底座12上。双向调节电机5分别连接正转接触器13和反转接触器14，正转接触器13和反转接触器14的输入端分别连接三相交流市电，输出端分别与双向调节电机5的进线端子连接。正转接触器13和反转接触器14的输出端的火线排列顺序不同，当它们分别接通时，双向调节电机5的运转方向相反。行程开关一15和行程开关二16分别安装在反光镜1的两个边沿处，且分别通过信号线一17和信号线二18与控制器7连接，当反光镜1转动到过于靠下的位置时，行程开关一15或行程开关二16触碰到整体支架11并向控制器7传输信号。另外，控制器7通过正转信号线19和反转信号线20分别与正转接触器13和反转接触器14连接。

如图2，当阳光的垂直照射方向正对反光镜1时，阳光照射角度和反光镜1的法线角度一致，集热管2的阴影投射到一组光敏传感器6中的最中间一个传感器所在的位置，此时反光镜1反射阳光形成的聚光照射在集热管2上做功发电。当阳光的照射方向偏离反光镜1的法线，集热管2的阴影投射到反光镜1上的一组光敏传感器6中的偏上或偏下的传感器上，控制器7根据各个光敏传感器6实时接收到的光照强度，判断出太阳相对于反光镜1的垂直角度，如果阴影投射在偏上的传感器上，控制器7判断阳光照射角度相对于反光镜1的朝向偏低，通过反转信号线20指令反转接触器14接通电路，双向调节电机5开始逆时针旋转，通过减速机4带动圆弧支架3和反光镜1围绕转轴10逆时针转动，直到集热管2的阴影再次投射到最中间的一个光敏传感器6上，此时控制器7指令反转接触器14断开电路，反光镜1的法线角度与太阳的照射角度一致，反光镜1反射阳光形成的聚光照射在集热管2上做功发电。如果太阳的照射角度过低，反光镜1逆时针转动到一定角度后，行程开关二16触碰到整体支架11，控制器7检测到行程开关二16通过信号线二18传输的信号后，指令反转接触器14断开电路，双向调节电机5停止转动，以此方式防止反光镜1的朝向过低。反之，如果集热管2的阴影投射在一组光敏传感器6中的偏下的传感器上，控制器7判断阳光照射角度相对于反光镜1的朝向偏高，通过正转信号线19指令正转接触器13接通电路，双向调节电机5开始顺时针旋转，通过减速机4带动圆弧支架3和反光镜1围绕转轴10顺时针转动，直到集热管2的阴影再次投射到最中间的一个光敏传感器6上，此时控制器7指令正转接触器13断开电路，反光镜1的法线角度与太阳的照射角度一致，反光镜1反射阳光形成的聚光照射在集热管2上做功发电。反光镜1顺时针转动到一定角度后，行程开关一15触碰到整体支架11，控制器7检测到行程开关一15通过信号线一17传输的信号后，指令正转接触器13断开电路，双向调节电机5停止转动，防止反光镜1的朝向过低。

如果反光镜1上的所有光敏传感器6所接受到的光照强度都相等，反光镜1背面的两个背部光敏传感器8受到的光照强度也相等，而且都比较低，控制器7判断当时天气为阴雨，通过正转信号线19和反转信号线20指令正转接触器13和反转接触器14断开电路。

如图3，当太阳照射角度相对于反光镜1的朝向偏离过大时，阳光无法照射到反光镜1正面的光敏传感器6。比如在每天黄昏时反光镜1朝向西边，第二天早晨太阳升起时，阳光从东边照射到反光镜1的背面，而不会照射到反光镜1正面的光敏传感器6。此时位于反光镜1背面的位置较高的一个背部光敏传感器8受到阳光照射，并把信号传输到控制器7，位于反光镜1背面的较低的一个背部光敏传感器8受到遮光板9的遮挡没有受到阳光照射。控制器7根据两个背部光敏传感器8所受到的一高一低两种不同的光照强度，判断反光镜1已背对光源，而且反光镜1朝向西侧，即通过正转信号线19指令正转接触器13接通电路，双向调节电机5开始顺时针旋转，通过减速机4带动圆弧支架3和反光镜1围绕转轴10顺时针转动，转动到一定角度后，阳光开始照射到反光镜1的正面，集热管2的阴影投射到一组光敏传感器6中的最边缘一个上面，控制器7指令正转接触器13保持电路接通，直到集热管2的阴影投射到最中间的一个光敏传感器6上，此时控制器7指令正转接触器13断开电路，反光镜1的法线角度与太阳的照射角度一致，反光镜1反射阳光形成的聚光照射在集热管2上做功发电。反之，如果某天早晨太阳出现了一会儿，使反光镜1的朝向调整为正面向东，随之进入阴雨天气，反光镜1也停止了转动，到下午又出太阳，阳光从西照射到反光镜1的背面，此时两个背部光敏传感器8的受光照情况与前述反光镜1朝向西侧时正好相反，控制器7根据两个背部光敏传感器8所受到的不同的光照强度，判断反光镜1已背对光源，而且反光镜1朝向东侧，即通过反转信号线20指令反转接触器14接通电路，双向调节电机5开始逆时针旋转，通过减速机4带动圆弧支架3和反光镜1围绕转轴10逆时针转动，转动到一定角度后，阳光再次照射到反光镜1的正面，集热管2的阴影投射到一组光敏传感器6中的最边缘一个上面，控制器7指令反转接触器14保持电路接通，直到集热管2的阴影投射到最中间的一个光敏传感器6上，此时控制器7指令反转接触器14断开电路，反光镜1的法线角度与太阳的照射角度一致，反光镜1所反射的聚光再次照射到集热管2上做功发电。

Claims (6)

1.一种基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，包括槽式抛物面反光镜，集热管，抛物面反光镜固定在圆弧支架上，圆弧支架远离圆心的一侧有齿轮条，并通过减速机和双向调节电机连接，其特征是，在所述抛物面反光镜上安装有一组光敏传感器，所述光敏传感器的排列方向和集热管的延伸方向互相垂直，每一个所述光敏传感器都通过信号线连接控制器，当阳光从反光镜的法线方向照射时，所述集热管的阴影投射到一组光敏传感器中的最中间一个传感器所在的位置，此时反光镜反射阳光形成的聚光汇聚在集热管上做功发电，当阳光的垂直角度偏离所述反光镜的法线方向，所述集热管的阴影投射到反光镜上的一组光敏传感器中的偏上或偏下的传感器上，所述控制器根据各个光敏传感器实时接收到的光照强度，判断出光源相对于反光镜的垂直角度，并做出相应的指令，使所述双向调节电机正转或反转，并通过减速机带动反光镜上下转动，直到集热管的阴影再次投射到最中间的一个光敏传感器上，此时反光镜的垂直朝向与光源的照射角度一致。

2.根据权利要求1所述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，其特征在于，所述反光镜上的各光敏传感器的间隔距离小于集热管的直径，无论反光镜的垂直角度为何，只要集热管的阴影投射在反光镜上，则至少有一个光敏传感器处于集热管的阴影之中。

3.根据权利要求1所述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，其特征在于，所述抛物面反光镜的远离光源一面安装有两个背部光敏传感器，所述背部光敏传感器分别位于抛物面反光镜的上下两个边沿的背部，用来检测从反光镜后背方向照射过来的光线。

4.根据权利要求1所述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，其特征在于，所述两个背部光敏传感器旁边都安装有遮光板，两个遮光板都固定在反光镜的背面。

5.根据权利要求1所述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，其特征在于，所述双向调节电机分别连接一个正转接触器和一个反转接触器，所述控制器通过正转信号线和反转信号线分别连接正转接触器和反转接触器，通过指令两个接触器的闭合和断开，实现对双向调节电机旋转方向的控制。

6.根据权利要求1所述的基于光敏传感器的槽式光热发电跟踪光源装置，其特征在于，所述反光镜的两个边沿分别安装有一个行程开关，当反光镜的法线转动到接近水平角度时，较低的一个行程开关触碰到整体支架，从而断开双向调节电机的驱动电路，防止反光镜的法线角度过于接近水平线。

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