[发明专利]基于参照镜的日光反射镜闭环控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳光能量收集和利用技术领域，具体涉及一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制的系统和方法。

背景技术

随着经济和工业发展，对能源的需求越来越多，尤其是电能是工业和人们生活中不可或缺的能源。传统发电方式，例如，煤炭发电因为对煤矿依赖性太强，而煤炭是不可再生资源且污染较大，煤炭发电等传统的发电模式已经不能满足工业和经济发展的需要。为此，清洁、可再生的能源越来越受到人们重视，而在众多清洁能源中，太阳能因其覆盖面广，即有阳光的地方即可利用、而占有更重要的作用，因而被广泛应用在发电和发热领域中。在太阳光能量收集和利用系统中，塔式太阳光能量收集器是其中一种重要的方式。

塔式太阳光能量收集系统包括放置在高塔(也可称接收塔)上的太阳光能量收集器、高塔周围地面上铺设数千面以至数万面的平面镜，计算机控制子系统和跟踪传动机构。这些平面镜称之为日光反射镜。计算机控制子系统控制日光反射镜自动跟踪太阳，并将太阳的光线反射到位于接收塔顶部的太阳光能量收集器。利用数千面以至数万面的日光反射镜将太阳辐射能聚焦到置于接收塔顶部的太阳光能量收集器上，使其中的介质沸腾，由此所产生的蒸汽来驱动汽轮发电机，进而实现发电的功效；或利用沸腾的介质来加热其它工业原料；或将产生的热量给民用供热。因此，当太阳轨迹随着时间变化时，必须精确控制日光反射镜的转动角度以跟踪太阳的变化，从而实现对太阳能资源的高效利用。

目前塔式太阳光能量收集系统中日光反射镜轨迹的控制方法主要有以下几种：

第一种是开环控制：控制计算机根据当地的地理信息和指定时间计算出太阳的位置(包括太阳的高度角和方位角)，再计算出将太阳光线始终反射到太阳光能量收集器上，日光反射镜绕两轴应转动的角度(仰角和方位角)，最后通过驱动机电转动装置实现日光反射镜对太阳的跟踪。这种方法要求使用高精度和高成本的机电转动装置，并且，没有办法克服太阳轨迹计算中的建模误差、机电转动装置误差以及其它干扰，因此，对太阳光能量收集器上光斑分布的控制很难达到最佳。

第二种是采用开环控制，定期校正的方法：和上述的开环控制一样，也是根据当地的地理信息和指定的时间计算出太阳的位置，再计算日光反射镜跟踪太阳绕两轴应转动的角度，最后通过驱动机电转动装置实现日光反射镜对太阳的跟踪。但是，在此种定期校正的方法中，为了克服开环控制中存在的太阳轨迹计算误差、机电转动装置误差，采用了照相成像技术，定时对指定的一块日光反射镜进行校正。

具体方法是：调整需要校正的这块日光反射镜的角度，使其对准照相机，拍下此时的照片，采用图像设别的方法计算出成像的情况，并对此块日光反射镜进行误差校正。该种方法需要在塔式太阳光能量收集系统的日光反射镜场增加照相系统，还需要进一步对照相得到的成像情况进行图像设别，且，一次只能对一块日光反射镜进行校正，对于一个大型的塔式太阳光能量收集系统，有着成千上万的镜子，因此，存在成本较高，技术复杂的问题。

第三种是闭环控制的方法，其方案是：通过检测日光反射镜在太阳光能量收集器上光斑的位置和设定的光斑位置之间的偏差，进一步调整日光反射镜的两轴转动角度，直到日光反射镜在太阳光能量收集器上的光斑位置到达设定要求，这样的控制过程称日光反射镜的闭环控制。

此种方式中闭环控制的方法是日光反射镜控制的发展趋势，但是在目前商业太阳光能量利用系统中很少使用，原因主要存在以下几点：

一、因为在太阳光能量收集器上同时有成千上万块日光反射镜的光斑，因此，无法对单独一面日光反射镜在太阳光能量收集器光斑位置进行测量。

二、为了实现闭环控制，需要在每块日光反射镜上通过增加其它复杂的机电装置或者复杂的光电检测系统来间接测量光斑的位置，必定会增加投资成本和运行成本，影响太阳光能量的利用效率。

因此，现有技术中对日光反射镜的控制方法，主要存在以下的缺陷：

第一，在开环控制方法中，无法克服建模中以及机电转动装置中对日光反射镜在太阳光能量收集器上光斑的误差，或者对光斑控制中采用照相技术成本较高且技术复杂；

第二，在传统的闭环控制方法中，对太阳光能量收集器上光斑位置检测装置过于复杂，成本较高。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于参照镜的日光反射镜闭环控制的系统，以解决现有技术中开环控制无法克服建模中以及机电转动装置中对日光反射镜在接收器上光斑的误差，或者对光斑控制中采用照相技术成本较高且技术复杂，而在闭环控制方法中对太阳光能量收集器上光板位置检测装置过于复杂有难以实现的技术问题。