[发明专利]一种用于太阳能采集区域的云遮预判装置与方法在审
申请号: | 201710820563.9 | 申请日: | 2017-09-13 |
公开(公告)号: | CN107621664A | 公开(公告)日: | 2018-01-23 |
发明(设计)人: | 姚志豪;袁彪 | 申请(专利权)人: | 首航节能光热技术股份有限公司 |
主分类号: | G01W1/10 | 分类号: | G01W1/10 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 301800 天津市宝坻*** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 用于 太阳能 采集 区域 云遮预判 装置 方法 | ||
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域,特别涉及一种用于太阳能采集区域的云遮预判装置与方法。
背景技术
在绿色减排已经成为大势所趋的今天,太阳能作为一种清洁、无污染、取之不尽用之不竭的绿色能源已经被人们广泛利用,成为新能源的主流。目前分布广泛的光伏发电、正在迅速崛起的太阳能热利用都是太阳能利用的典型方式。
太阳光资源是影响太阳能利用效率的重要因素,而云层遮蔽对太阳光资源有着十分严重的影响。对云遮情况进行预判,对提高太阳能利用效率能够起到很大的作用。
以太阳能热利用中的塔式太阳能热发电为例:塔式太阳能热发电需要将太阳光聚焦到中央高塔上的集热器来进行集热发电;若发生云层遮蔽将会导致集热器所接收的能量骤降骤升,热应力的突然变化会对集热器腔体形成破坏,甚至造成集热器破裂;若能预测云层遮蔽,技术人员就能提前采取保护措施,从而显著延长集热器的使用寿命,保障发电系统输出的稳定性。
目前云层监测的主要手段包括人工观测、云影探测和测云雷达。人工探测的准确度与观测人员的技能和经验有关,且在复杂云况下难以做到准确预测。云影探测和测云雷达的实施成本较高。近年来,基于图像处理的云层监测技术受到广泛关注,包括:基于卫星成像的云层图像识别、基于地面成像的全天空图像处理。基于卫星成像的云层图像识别需要依赖卫星提供数据,实施成本高、图像采集和处理过程复杂、拍摄周期长。全天空成像处理原本应用于气象观测,用于云遮预判时具有图像像素较低、太阳附近区域观测效果较差的缺陷。
在参考文献1“基于云层图像的塔式太阳能热发电能量预测方法;太阳能学报第36卷第11期;李德文、宓霄凌、黄文君、张鹏、田军”中,李德文等人提出了云层遮挡判定的方法。该方法在实现云层遮挡判定时基于太阳光线方向、太阳投射角度、镜场区域形状、云层高度等信息实现镜场平面在相机成像平面的投影,然后通过云层位置在当前或未来某一时刻是否在镜场区域投影的内部来判断云层遮蔽情况。这一方法在理论上十分完善,但在实际操作中有以下缺陷:1、在该方法中必须要用到云层高度这一数据,而用于测量云层高度的装置价格较为昂贵,这就增加了成本;2、在实际测量时,云是实时、经常性变化的,由于被测量对象本身的易变性,使得该方法即使采用昂贵设备对云做精确测量,根据该精确测量结果也很难精确预测出几分钟后云遮的具体情况,即参考文献1中所描述的现有方法测量成本高但预测效果却并不明显。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的云遮预测设备成本高昂而预测效果并不明显的缺陷,从而提供一种成本低、具有较高性价比的预测设备。
为了实现上述目的,本发明提供了一种用于太阳能采集区域的云遮预判装置,包括:保护罩1、云台2、控制中心,以及相机;其中,所述云台2上安装有相机与保护罩1,所述相机位于保护罩1的内部,所述相机与所述云台2分别与控制中心通过数据线连接;
所述控制中心能够对所述云台2进行控制,使所述云台2不断调整方位和俯仰角;还能够对相机所采集的图像进行分析,得到云遮预判的结果。
上述技术方案中,还包括一立柱,所述云台2放置在该立柱上。
上述技术方案中,所述保护罩1成喇叭形,上端直径大、下端直径小,所述保护罩1的顶端面采用透光材料制成,其侧面采用不透光材料制成。
上述技术方案中,所述相机位于所述保护罩1内部,所述相机的镜头面向所述保护罩1的顶端面,使得相机的镜头能够捕捉到外部入射的太阳光。
上述技术方案中,所述保护罩1顶端面的中心位置处附着遮光片6。
上述技术方案中,所述控制中心在做云遮预判时,首先对相机所拍摄的图像进行处理,包括降噪,云层边缘检测;然后以所拍摄图像中的太阳所在位置为中心,相隔一定的圆周角度将该图像切割成多个部分,判断每一个部分的云的运动情况;最后,综合各个部分的云的运动情况,对图像做云层运动检测,得到云层预计遮挡太阳的起始时间、结束时间在内的信息。
本发明还提供了基于所述的用于太阳能采集区域的云遮预判装置所实现的云遮预判方法,包括:
步骤1)、跟踪太阳运行轨迹,对太阳附近的天空图像做连续采集;
步骤2)、对步骤1)所采集的多帧图像进行处理,包括降噪,云层边缘检测;
步骤3)、以步骤2)所得到图像中的太阳所在位置为中心,相隔一定的圆周角度将该图像切割成多个部分,判断每一个部分的云的运动情况;
步骤4)、综合各个部分的云的运动情况,对图像做云层运动检测,得到云层预计遮挡太阳的起始时间、结束时间在内的信息。
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