[发明专利]一种反射式多平面镜太阳能聚光跟踪控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能应用技术领域，具体涉及一种反射式多平面镜太阳能聚光跟踪控制系统及控制方法。

背景技术

光伏和光热是太阳能的两大主要利用方式。一般光伏电池和光热装置都能够承受高的太阳光辐照度，以大幅度的提高其输出功率。那么采用聚光技术使一块光伏电池或光热装置接受聚集增强的太阳光辐照度，不仅能够提高设备工作效率，还可以节约大量制作太阳能电池或光热装置的昂贵材料消耗成本。因此，聚光技术是太阳能利用效率和经济的双重统一。

平面反射镜是包括凸透镜、曲面镜在内的众多光学聚光元件中最简单、易制造、也是唯一能对空间任意点均成理想汇聚的光学元件，平面镜作用的本质仅改变光路的方向，光线经平面镜反射得到的镜像像差，不产生任何性质的变化。单独平面镜的反射并不能形成对光能的聚集，但是利用平面镜可改变光路方向的性质，采用多个平面镜可以很容易地将大面积的阳光聚集于较小的面积上从而达到聚光的效果。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的问题，克服现有曲面透镜和曲面透反射镜聚光成本高的不足，提供一次反射多平面镜太阳能聚光跟踪控制器与控制策略，实现对空间上任意点的太阳光线反射多平面镜汇聚功能。

本发明的目的是这样实现的。

本发明提供了一种反射式多平面镜太阳能聚光跟踪控制系统，包括：一个远程监控计算机、一个ZigBee无线通信装置、一个太阳能利用装置、多个平面镜反射聚光装置及与之相匹配的多个聚光跟踪控制器。

所述远程监控计算机通过ZigBee无线通信装置分别与多个聚光跟踪控制器和太阳能利用装置连接，读取各个聚光跟踪控制器和太阳能利用装置的运行状态信息；所述聚光跟踪控制器根据设定指令驱动平面镜反射聚光装置，将太阳光反射到太阳能利用装置；所述太阳能利用装置由一个光伏装置或光热装置和一个数据采集装置构成，所述的光伏装置或光热装置的空间位置是固定不变的。

所述聚光跟踪控制器由微处理器电路连接光强检测电路、实时时钟电路、初始姿态校准电路、机械极限位置限位开关电路、电机驱动电路、光电编码电路和ZigBee无线通信模块组成。所述光强检测电路用于判断光照条件是否符合跟踪光照强度门限；所述实时时钟电路提供日历及时间，用于计算太阳位置以及判断是否符合设定跟踪时间；所述初始姿态校准电路用于将平面镜的方位角和高度角都校准为0度，以消除前一天跟踪产生累计误差；所述机械极限位置限位开关电路用于防止电机失控所导致的装置损毁；所述电机驱动电路用于驱动电机旋转，改变平面镜的高度角和方位角；所述光电编码电路用于读取两个电机旋转角度并换算为平面镜的高度角和方位角实际值；所述ZigBee无线通信模块用于与远程监控计算机交互信息。

所述平面镜反射聚光装置包括平面镜、供平面镜安装就位的定位机构、以及驱动定位机构动作以使得平面镜将太阳光反射到太阳能利用装置处的驱动机构。

所述定位机构包括与水平面相平行的X轴和与水平面相垂直的Z轴，所述X轴设置在Z轴的顶部，且所述平面镜固设在X轴上；平面镜的镜面法线在水平面上的投影线与指向正东方向的线之间的夹角构成平面镜方位角（∠DOB1）,平面镜的镜面法线与水平面之间的夹角构成平面镜高度角（∠BOB1）；所述机械传动装置带动X轴和Z轴旋转使得平面镜方位角（∠DOB1）在0～180°、平面镜高度角（∠BOB1）在0～90°之间可调。

所述驱动机构包括驱动X轴旋转的第一电机及机械传动装置，还包括驱动Z轴旋转的第二电机及机械传动装置；所述X轴和Z轴分别设定一对正、反方向旋转的机械极限位置和一个初始姿态校准位置，且X轴和Z轴分别安装有所述的两个机械极限位置限位开关电路和一个初始姿态校准电路；所述X轴和Z轴上均安装有用于测量机械轴旋转角度的光电编码电路。

本发明还提供了一种反射式多平面镜太阳能聚光跟踪控制方法，包括以下步骤：

1）微处理器电路读取实时时钟电路提供的时间，若符合设定跟踪时间，则聚光跟踪控制器开始跟踪，并转入步骤2）；若不符合设定跟踪时间，聚光跟踪控制器等待跟踪；

2）聚光跟踪控制器开始跟踪后，首先由微处理器电路通过电机驱动电路驱动两机械轴旋转至初始姿态校准位置，然后初始化光电编码电路计数，消除累计误差，并转入步骤3）；

3）微处理器电路读取光强检测电路提供的光照强度，若高于设定跟踪光照强度，聚光跟踪控制器继续跟踪，并转入步骤4）；若低于设定跟踪光照强度，聚光跟踪控制器再次执行步骤3，即微处理器电路再次读取光强检测电路提供的光照强度，并与设定跟踪光照强度进行比较；