[发明专利]塔式镜场定日镜聚焦调整与性能优化方法

说明书

本发明公开了一种塔式镜场定日镜聚焦调整与性能优化方法。包括：反射镜面聚光光斑拟合、吸热器上光线量统计分析、贡献度分析、系统优化的步骤。通过反射镜面的光学参数，对反射镜面的聚光效果进行拟合，并通过拟合的光斑进行总体聚光光斑的拟合与评价，进而通过对聚光镜片的反向调节对聚光光斑分布的均匀度及热斑进行调整和规避，解决现有技术无法解决的光斑不均及热斑的问题。

技术领域

本发明涉及光热技术领域，尤其涉及一种塔式镜场定日镜聚焦调整与性能优化方法。

背景技术

目前，光热镜场发电项目越来越受到世界的青睐，以色列、西班牙、摩洛哥等一些国家和地区已经完成了若干的塔式熔盐、塔式布雷顿等大型光热发电项目的建设，国内包括槽式、碟式、菲涅尔式以及塔式在内，也有众多的光热项目已经建成或正在启动，这些项目的能量转换设备无一例外的就是由定日镜所组成的镜场。这种由镜场提供能量进而发电的系统效率很大程度上是受镜场反射的聚焦光斑所影响，光斑大小以及其能流密度是这里最为关键的影响指标，因此，评估这两个指标是否合格才是镜场项目成功的先决条件。

以塔式为例，当前的传统技术方案是：依靠粗略的定日镜聚焦调整后，通过CCD相机加过滤片的装置来获取静态下的聚焦调整光斑图片用来分析出能流密度分辨聚焦调整是否达到要求。实际运行过程中，就不再关注光斑形状大小以及能流密度分布了，系统会通过闭环跟踪传感器来检测定日镜反射的光线角度来给执行电机以动作信号进行调整定日镜，至于整体镜场在吸热器处所形成的实际聚焦光斑质量却无法获知。原理示意如图1所示。

现有技术的缺点：在光热发电的过程中，聚焦在吸热器的光斑质量对发电效率以及吸热器寿命的影响至关重要。如果聚焦光斑不均匀，轻则会降低发电效率，无形中提高了发电成本，而如果光斑的局部因为不均匀的会聚，造成个别点聚光强度大，形成局部热斑，较短的时间就会烧毁设备的加热器，造成设备损坏、工质流失，对人身安全、周围环境都有着较大的威胁。

以塔式为例：目前塔式的定日镜场都采用闭环跟踪控制，实际的定日镜聚焦光斑在不同的时间不同的角度均不同，聚光的效果也无法计算得出，导致对吸热器上实际的光斑形状无法控制和掌握。为了避免热斑造成系统不稳定，需要从设计时就考虑对应，包括设计导热性能更好的结构、增加换热速度、更换更好的材料等，无形中提高了吸热器的成本。

导致上述缺点的原因：受技术发展的限制，此前没有比较好的技术检测手段用于镜片光学参数的检测，无法了解镜片的质量参数，也没有适合的技术用于聚焦光斑的分析、优化和拟合控制，导致该领域的技术发展落后。随着条纹相移法检测镜片的技术逐渐成熟，对镜片质量的检测逐渐完善，目前已基本实现了镜片光学参数的检测，但对系统的优化分析方面仍是空白。

发明内容

本申请的目的在于：通过反射镜的光学参数，对发射镜的聚光效果进行拟合，并通过拟合的光斑进行总体聚光光斑的拟合与评价，进而通过对聚光镜片的反向调节对聚光光斑的均匀度及热斑进行调整和规避，解决现有技术无法解决的光斑不均及热斑的问题。

本发明提供了一种塔式镜场定日镜聚焦调整与性能优化方法，包括以下步骤：

第一步：反射镜面聚光光斑拟合

首先，使用条纹相移法或其他检测方法对反射镜面进行检测，得出反射镜面表面的法线分布数据，光斑拟合的已知参数包括：太阳的实时角度、吸热器的位置、反射镜面的位置；

其次，光线经反射镜面反射到吸热器，入射光线和反射镜面中心和吸热器中心连线相对于反射镜面法线对称，根据反射定律计算出反射镜面的当前角度；

最后，反射镜面的位置确定后，其法线分布的具体数值也确定，根据光线的角度直接计算对应吸热器上的反射位置，得出理论上该反射镜面的聚光光斑；

第二步：吸热器上光线量统计分析