[发明专利]一种基于追日传感器的定日镜装置及工作方法

说明书

本发明公开了一种基于追日传感器的定日镜装置及工作方法，属于太阳能集热技术领域。装置包括追日传感器、对日支架、齿轮组件、自旋仰角型定日镜、自旋轴和控制器，自旋轴对准光靶，齿轮组件安装在自旋轴上，通过传动比2:1的关系，实现自旋仰角型定日镜法向量到太阳向量的转换，然后借助追日传感器对准太阳，从而实现了不需要角度编码器和太阳位置算法的定日镜闭环控制，大大简化了控制系统；在实际工程中，保证了自旋轴对准光靶的精度，以及齿轮组件、对日支架和追日传感器三者之间的安装精度后，其他安装精度可适当降低，一定程度上降低了安装精度的要求，适用于大规模使用定日镜的太阳能热发电、太阳炉集热、自然光照明等场所。

技术领域

本发明属于太阳能集热技术领域，特别涉及一种基于追日传感器的定日镜装置及工作方法。

背景技术

塔式太阳能热电站中，定日镜按结构形式大体分为两类，一个是方位仰角型，其方位轴垂直于地面，仰角轴水平于地面，现广泛应用于国内外的塔式热电站中；另一个是自旋仰角型，自旋轴朝向光靶，仰角轴与自旋轴垂直安装，由于运行重心的不稳定和安装的不方便，现并没有广泛用于塔式热电站中，但自旋仰角型定日镜光学性能比方位仰角型强，以后的发展空间很大。

镜场中有成百上千的定日镜，传统的控制方法是根据时间和太阳位置算法算出太阳位置向量，或传感器测量太阳位置向量，再依据定日镜和光靶目标所处精确位置，通过公式算出定日镜法向量，从而转化为两个轴的旋转角度，借助编码器控制旋转角度。具体的算法可以参考陈应天教授的文章Non-imaging focusing heliostat(Solar Energy杂志，2001年71期155页)。这种通过算法和编码器的控制难免因安装误差、机械误差等各种误差使带入算法计算的数值与实际值不符，从而出现控制错误，并且往往对控制器的硬件要求较高。

本发明在机械结构上加以创新，通过传动比的关系，实现自旋仰角型定日镜法向量到太阳向量的转换，然后借助追日传感器对准太阳，从而实现了不需要角度编码器和太阳位置算法的定日镜闭环控制，大大简化了控制系统；在实际工程中，保证了自旋轴对准光靶的精度，以及齿轮组件、对日支架和追日传感器三者之间的安装精度后，其他安装精度可适当降低，一定程度上降低了安装精度的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于追日传感器的定日镜装置及工作方法，解决了目前系统需要角度编码器和太阳位置算法的定日镜闭环控制的问题，提供了一个简单易行的系统。

一种基于追日传感器的定日镜装置，包括追日传感器、角度转换组件、自旋仰角型定日镜和控制器，追日传感器通过角度转换组件与自旋仰角型定日镜的仰角轴连接，角度转换组件使追日传感器的旋转速度是仰角轴旋转速度的两倍并且旋转方向相同。

所述角度转换组件为齿轮组件，还包括对日支架，追日传感器固定在对日支架上，传感器的对日方向垂直于对日支架上平面；对日支架与对日支架轴齿轮固定，随对日支架轴齿轮的旋转而旋转；自旋仰角型定日镜和仰角轴齿轮相对固定，随仰角轴齿轮的旋转而旋转；齿轮组件壁固定在自旋轴上；齿轮组件包括仰角轴齿轮、反转齿轮、对日支架轴齿轮和齿轮组件壁；仰角轴齿轮、反转齿轮和对日支架轴齿轮模数相同，分别安装在齿轮组件壁上，仰角轴齿轮和反转齿轮分度圆直径相等，对日支架轴齿轮分度圆为反转齿轮的一半，仰角轴齿轮与反转齿轮啮合，传动比1:1，反转齿轮与对日支架轴齿轮啮合，传动比2:1。

装置初始安装配合关系为：自旋轴对准光靶，追日传感器以及自旋仰角型定日镜的法向量都与自旋轴轴线平行。

所述自旋轴高精度的对准光靶不随时间改变。

所述追日传感器可高精度对准太阳，并且能有效反馈太阳相对追日传感器的方位，方便控制器控制定日镜相应方向的旋转；所述定日镜旋转可以由微步进角度的步进电机或大减数比的直流电机提供动力，电机使定日镜在两个方向以慢速旋转。