[发明专利]一种定日镜高精度投射光斑的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及塔式太阳能集热系统技术，特别是一种定日镜高精度光斑投射的技术与装置。 

背景技术

以太阳运行轨迹数学模型为基础，通过计算机控制系统给出任一位置定日镜在任一时段内高度角和方位角时空变量清单，并将相关参数传至定日镜传动机构，使其准确驱动定日镜到达预定位置，是保证任意时刻任一定日镜跟踪太阳能并投射光斑到集热器指定位置的关键。 

现有技术中所建定日镜跟踪投射光斑控制模型尚有较大改进空间，从而进一步提高定日镜高度角和方位角时空变量的有效控制，使得光斑能够更精确的打在集热器指定位置处。 

发明内容

为了解决上述技术缺陷，本发明提出了一种定日镜高精度投射光斑的方法与装置。 

本发明按照下述技术方案实现： 

一种定日镜高精度投射光斑的方法，包括以下步骤： 

(1)以定日镜镜面中心为坐标原点，建立三维空间坐标系，并以正北方向为定日镜跟踪投射太阳光斑的基准点； 

(2)设定一集热器用于接受定日镜所投射的太阳光斑； 

(3)选取高精度精密测量仪器测得定日镜相对集热器在三维空间中所处地理位置坐标以及集热器中心点距定日镜镜面中心点的垂直距离； 

(4)选取一种高精度太阳位置定位系统用于获取太阳的高度角和方位角； 

(5)将上述所述的定日镜地理位置坐标(x，y)、集热器中心点距定日镜镜面中心点的垂直距离h及太阳的高度角HS、方位角AS代入定日镜高精度投射太阳光斑算法中，经过上位机控制系统精确运算出定日镜高度角和方位角； 

特定地理坐标系下的任意时刻的定日镜高度角和方位角的计算公式如下： 

公式中的坐标(x，y)是定日镜相对集热器所处位置的坐标；h表示集热器中心点距离定日镜的垂直距离；HN表示定日镜镜面中心高度角；FN表示定日镜镜面中心方位角。 

一种定日镜高精度投射光斑的装置，包括上位机控制器、下位机控制器、微处理器、伺服电机、定日镜支撑机构和定日镜镜面，其特征在于上位机控制器发出命令给下位机控制器，下位机控制器将接收到的命令解释成相应时序信号后发送给微处理器，微处理器获取指令后控制伺服电机执行指令；伺服电机按照指令立即快速精确驱动定日镜支撑机构运转；定日镜支撑机构达到一定位置时，可使得定日镜镜面聚焦并投射太阳光斑至集热器内的指定点位置。 

所述上、下位机控制器内置计算软件和程序； 

所述伺服电机由电机和驱动器组成； 

所述定日镜支撑机构由水平传动轴和竖直传动轴组成； 

所述定日镜镜面是具由一定反射率的镜片组成； 

所述系统中的定日镜竖直传动轴转动范围为0～90°，水平传动轴范围为0～360°。 

数学模型中两组函数易于实现，也是所述数学模型实现定日镜高精度聚焦投射光斑系统打在位于集热塔之上的集热器内的指定点位置；所述指定点位置不仅仅是集热器质心点处； 

基于数学模型所设计的定日镜系统，便于在实际塔式集热系统中的应用。在该系统中，上位机控制器输入year、month、day和elevation，输出HS和AS，紧接着输入x、y和h，输出HN和AN；下位机控制器接受HN和AN，输出HN和AN的脉冲数； 

本发明提高了定日镜跟踪投射精度； 

本发明能够使得聚焦投射的光斑位于集热器内不同的位置。 

附图说明

图12012年10月21日定日镜位于(20，30，80)处高度角变化曲线；表示结合实例x=20，y=30，h=80定日镜镜面中心高度角变化曲线图； 

图22012年10月21日定日镜处在(10，20，80)处方位角变化曲线；表示结合实例x=20，y=30，h=80定日镜镜面中心方位角变化曲线图； 

图3是本发明定日镜高精度投射光斑系统示意图。图中：1-上位机控制器；2-下位机控制器；3-定日镜微处理器；4-伺服电机；5-定日镜镜面；6-集热塔；7-集热器；8-光源。 

具体实施方式