[发明专利]用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能源领域，具体将太阳能和斯特林发电机相结合用于太阳能发电。

背景技术

随着社会的发展，节能减排已成为人们所关注的问题，太阳能作为一种新兴的绿色能源，正得到迅速的发展和应用。对太阳能的开发始终让科学家们满怀憧憬，毕竟太阳能的应用潜力实在太大，而且至少在我们能够预计的将来是取之不尽的。

太阳能斯特林发电是全世界利用太阳能的主要方案，它是将太阳能转换为电能的新型动力装置。原理是自动跟踪太阳的聚光镜将太阳光聚焦于发动机头部，加热发动机腔内的高压氢气膨胀推动活塞做功，通过曲柄连杆机构带动发电机转化成电能输出。根据其原理，其中太阳跟踪是太阳能斯特林发电技术中的关键技术。但是，由于辐射到地面的阳光受到气候、纬度、经度等自然条件的影响，存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这对太阳能的高效利用，特别对高精度、稳定地跟踪太阳提出了更高的要求。当前国内外有基于CCD或者CMOS的高精度太阳方位传感器，但是价格很高，很难在市场民用市场上大范围推广，还有一些基于光电四象限探测器件或多个光电池构成的太阳方位传感器，其检测精度不能满足比如斯特林太阳能发电机的高精度对准太阳的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度低成本的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置及其方法。基于PSD(光电位置探测器)的太阳方位传感器实现实时高精度检测太阳位置；装置根据天气的实际情况、太阳位置和太阳能聚光板的当前位置，采用光电跟踪与日历查询跟踪相结合的方式跟踪太阳，以使装置高效节能和对天气具有鲁棒性。从而实现高效采集利用太阳能，并通过斯特林发电机将太阳能转化为电能，进而大幅度提高斯特林太阳能发电装置的性能。

本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置，包括用于跟踪太阳的碟架、安装在碟架上的用于聚光的聚光板，其特征在于：还包括安装在碟架上的用于发电的斯特林发电机、安装在聚光板上的角度编码器、安装在斯特林发电机上的视场角和精度可调的基于PSD的太阳位置传感器、光强传感器与风速风向传感器安装在单独地面立杆上，各传感器与控制系统连接，控制系统与碟架电机和聚光板电机连接，碟架、聚光板均与斯特林发电机连接。

其中的处理过程为根据当前时间，读取当前光强传感器信号、风速风向传感器信号、太阳位置传感器信号、聚光板位置传感器信号，计算太阳方位角和高度角，根据传感器信息计算得到控制信息，利用控制算法控制碟架转动，各传感器与处理器连接，处理器与控制系统处理器连接，控制系统与碟架电机连接，碟架、聚光板均与斯特林发电机连接，聚光板电机与控制系统相连。

前述的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置，其特征在于：所述基于PSD的太阳位置传感器包括密封防水的传感器底座、带有太阳光入射小孔和内螺纹的高度可调结构的遮光筒、安装在光孔上遮挡灰尘和雨水的光学玻璃、PSD、固定PSD的内螺纹和PSD底座、安装传感器处理器的密封防水的处理器底座和密封防水的信号输出接口。

所述光学玻璃通过带有四个螺丝的盖子安装在遮光筒上，PSD通过内螺纹安装在PSD底座上，PSD底座通过遮光筒内螺纹与遮光筒连接，PSD底座与处理器底座密封防水连接，处理器底座与信号输出接口、传感器底座密封防水连接。

前述的太阳位置传感器视场角，探测范围的计算是：

α＝arctan(r/h)                (1)

其中，r表示太阳位置传感器PSD的有效光敏面半径，h表示太阳位置传感器中遮光筒的高度。

前述的太阳位置传感器的跟踪精度计算是：

dα=arctan(dxh)---(3)]]>

其中，dx表示PSD探测器的最小分辨率。