[发明专利]一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法，特别是涉及一种根据太阳入射光线的实时方位角和高度角、定日镜和塔的位置排布，建立太阳光线与定日镜和塔的反射模型，实时调节镜面姿态的塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法。

背景技术

化石能源的日趋枯竭及其导致的空气污染等环境问题，使开发清洁可再生能源方式迫在眉睫。聚焦型太阳能热发电(ConcentratingSolarPower,CSP)能大规模集中使用太阳能，利用定日镜聚集太阳辐射能，用于加热工质产生高温蒸汽，驱动汽轮机组发电。与光伏发电相比，具有原材料制造成本与污染更低、转换效率更高、兼容传统热力发电方式、易于并入电网、更易存储热量、成本更低等优点，是改善能源问题的一种有效途径。

聚光定日镜是由反射镜、支撑结构、传动机构、控制系统组成的二维聚光装置，能实时跟踪太阳的方位角和高度角，达到聚集太阳能量目的。太阳能的能量密度低，且因地而异，因时而变，高效的定日镜聚光能提高30％以上的转换效率，然而目前的塔式太阳能热发电中定日镜跟踪聚光系统均具有非线性、多参数、大时变的控制难点。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法，其利用太阳入射光线的实时方位角和高度角、定日镜和塔的位置排布，建立太阳光线与定日镜和塔的反射模型，为塔式定日镜的实时聚光奠定算法理论基础。

本发明之另一目的在于提供一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法，其通过对太阳的运行规律进行归纳总结，在此基础上根据当地时间地理信息，建立三维坐标系获取太阳入射光线的高度角和方位角；

本发明之再一目的在于提供一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法，其采用时控的方法计算定日镜方位角和高度角，实时调节镜面的姿态，使得镜面始终将入射太阳光线反射到目标吸热塔塔顶，从而最大限度的利用的太阳能。

为达上述及其它目的，本发明提出一种塔式太阳能热发电定日镜自动跟踪方法，包括如下步骤：

步骤一，建立三维坐标系，根据时间地理位置信息利用太阳运动算法计算太阳入射光的高度角和方位角；

步骤二，根据当地时钟与气象信息利用太阳运动算法计算出该地点时间的太阳光入射实时方向角与高度角；

步骤三，根据太阳入射光线的实时方位角和高度角、定日镜和塔的位置排布，建立太阳光线与定日镜和塔的反射模型；

步骤四，采用时控的方法计算定日镜方位角和高度角，实时调节镜面的角度。

进一步地，该太阳运动算法包括：

根据具体日期计算儒略日、儒略历书日、儒略世纪、儒略历书世纪；

计算日心坐标地球经度、纬度和半径矢量；

计算地心坐标地球经度和纬度；

计算经度和倾斜角章动；

计算黄道实际倾斜角；

计算校正偏差；

计算太阳经度；

计算给定格林尼治时间平均恒星时；

计算太阳赤经；

计算太阳赤纬；

计算观测点当地时间角；

计算视日赤经；

计算视日时间角；

计算太阳天顶角和高度角；

计算太阳方位角。

进一步地，所述太阳入射光的高度角θ为理想太阳高度角e₀和考虑空气折射偏差Δe之和。

进一步地，所述太阳方位角Γ可由下式获得：

其中，H′为地面局部时间角度，δ′为视日偏差，为观测点纬度。

进一步地，于步骤二中，根据当地GPS时钟、时区、经纬度、气压、气温、海拔高度等气象信息利用太阳运动算法计算出该地点时间的太阳光入射实时方向角与高度角。

进一步地，于步骤三中，基于入射光线与放射光线在定日镜镜面对称规律，建立太阳光线与定日镜和塔的反射模型。

进一步地，于步骤三中，根据定日镜和塔的位置排布、地理方位信息，建立三维笛卡尔坐标分析追日系统。

进一步地，于步骤三中，以地平面建立定日镜理论模型，将正东方向定义为坐标系X轴正方向，将正北方向定义为坐标系Y轴正方向，将天顶方向定义Z轴正方向，XYZ坐标系原点O点为接收塔与X-Y水平面交点。

进一步地，于步骤三中，假定投射到定日镜上的所有太阳入射光线均为平行光以及假设镜面平整光滑，镜面厚度不计，镜面中心点与镜面的固定点之间两点重合，不存在机械偏差。