[发明专利]一种高效的定日镜追日跟踪方法

说明书

本发明提供一种高效的定日镜追日跟踪方法，通过计算定日镜所处位置在当前时刻的太阳高度角h_s和方位角θ_s；采用简化的公式替代NREL公布的SPA太阳位置算法，实现太阳高度角和方位角的计算，通过光学反射原理和几何对称原理计算定日镜的追日跟踪位置，发送指令给步进电机控制定日镜的转动，实现定日镜的追日跟踪控制，太阳高度角和方位角的计算方法简单，计算效率高，易于编程实现，具有较高的实用性和可靠性。

【技术领域】

本发明涉及塔式太阳能热发电定日镜控制领域，具体涉及一种高效的定日镜追日跟踪方法。

【背景技术】

塔式太阳能热发电技术利用定日镜跟踪太阳，使其反射光能够精确地投射到置于接收塔顶部的吸热器换热面上，吸热器将太阳光能转变成热能并加热盘管内流动着的介质(水或其它流体)产生中高温蒸汽驱动汽轮发电机组发电。塔式太阳能热发电技术的关键是如何精确的控制定日镜的追日跟踪轨迹，使太阳的反射光斑能准确的定位到塔式吸热器上。

现有的定日镜跟踪控制方式主要可分为两种：光电跟踪方式和追日运动轨迹跟踪方式；前者是闭环的控制系统，后者是开环的控制系统。光电跟踪主要是应用传感器或光敏电阻等器件测量太阳光线的角度，比较得出太阳光线与定日镜法线的夹角，进而发送信号给定日镜的传动机构，带动定日镜转动，使定日镜法线与太阳光线的夹角逐渐减少，逐渐完成对太阳位置的跟踪。光电跟踪方式的缺点在于：①光敏传感器只有在有光线的情况下才会工作，当遇到恶劣天气(例如多云或阴天)时，光敏传感器就会失去作用，导致跟踪无法进行。②塔式太阳能热电站镜场定日镜数量成千上万，若在每台定日镜上都安装光电传感机构，成本高昂。因此高精度开环追日跟踪算法对于大规模定日镜场的建设来说具有高性价，可极大降低工程造价，具有重要的意义。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种高效的、易于工程实现的塔式太阳能热发电厂定日镜追日跟踪方法。

为达到上述目的，本发明采取如下方案予以实现：

一种高效的定日镜追日跟踪方法，首先，通过GPS定位得到定日镜所处位置的经纬度，计算定日镜所处位置在当前时刻的太阳高度角h_s和方位角θ_s；

其次，通过光学反射原理和几何对称原理确定太阳至定日镜连线与定日镜至吸热器连线夹角的平分线；

最后，通过该平分线得出定日镜当前的水平角度和旋转角度，从而控制定日镜的驱动执行机构将定日镜转动正确的角度，实现定日镜的追日跟踪控制。

进一步，确定太阳至定日镜连线与定日镜至吸热器连线夹角的平分线步骤如下：

第一步，设定日镜所处的位置为O点，太阳光入射光线向量为AO，吸热器位于B点，镜面反射向量为OB，以O点为原点建立空间三维坐标系，其中东西为X轴，向东为正，南北为Y轴，向南为正，天地为Z轴，向天为正；

第二步，O点坐标为(0,0,0)，以O为中心点，以O点到B点的距离为半径R，建立一个球面，A点为任意时间太阳入射光与球面的交点，设坐标为(x_a、y_a、z_a)，F点为A点在面XOY平面上的投影点，其中AO为入射光路径，OB为反射光路径；

第三步，由太阳高度角和方位角的定义和计算过程可知∠XOF为方位角θ_s、∠AOF为高度角h_s；在空间上取AB中点为E，则EO即为入射光路径AO和反射光路径OB的平分线。

进一步，所述太阳高度角h_s和方位角θ_s通过下式计算得到：

sinh_s＝sinδ·sinφ+cosδ·cosφ·cosω