[发明专利]一种菲涅尔光热发电系统中反射镜太阳跟踪方法和装置

说明书

本发明公开一种菲涅尔光热发电系统中反射镜太阳跟踪方法和装置，在一套菲涅尔聚焦系统中，几十个长条形反射镜通过同样规格的涡轮连接到一根长蜗杆上，各反射镜初始位置不同，由驱动电机带动蜗杆轴的转动，带动所有反射镜以同样角度旋转；以光电传感器定位和跟踪太阳方位，以阳光跟踪齿轮系统自动确定反射镜转动角度；以一套蜗轮蜗杆系统控制所有反射镜同步转动；太阳阳光每转过θ角，所有反射镜将同步转过同样的θ/2角，使反射光束始终反射到收集器上，本发明简单方便，直接利用光电传感器跟踪太阳运动，利用机械系统控制反射镜同步转动，实现反射式跟踪，控制方便，能够提高跟踪效率，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种反射式太阳跟踪技术，属于太阳能应用技术领域；主要应用于菲涅尔式太阳能热发电系统中，也可应用于塔式光热发电系统中和其它反射式光学聚焦系统中的光源跟踪。

背景技术

太阳能光热发电系统不同于目前常用的光伏发电系统，它是利用反射镜将太阳光反射聚焦到集热系统中，加热工作物质形成蒸汽，推动汽轮机进行发电。整个过程类似于火力发电，只是产生蒸汽不是以燃烧煤、天然气等化石能源，而是通过收集吸收太阳光中的能量来进行。相对于光伏发电，光热发电不是利用光伏效应产生直流电再逆变产生交流电，而是利用热蒸汽驱动汽轮机发电，与目前火力发电系统兼容，电力输出谐波成分少，电力稳定，与电网兼容性好，同时设置热能储存系统，可以实现24小时连续发电。光热发电常用的形式有塔式、槽式、碟式和菲涅尔式等几种形式，目前塔式和槽式具有成本优势，有一定的商业价值。菲涅尔式与槽式类似，但它不是以抛物面槽进行线聚焦，而是以许多面长条形反射镜将太阳光聚焦到一个线形的收集器中。菲涅尔式光热系统具有迎风面小、反射镜加工简单的特点。

太阳相对于我们从早到晚是在由东到西运动，对于光伏系统来说，要提高太阳光利用效率，需要光伏电池板一直正对着太阳并跟踪太阳运动。技术上只要光伏电池板上安装一个四象限光电传感器，通过控制系统使传感器始终正对太阳，实现起来相对简单。而对于反射式太阳能光热系统中，要让阳光始终反射到集热器中，反射镜并不始终正对太阳，其与太阳光线的夹角始终在变化。

目前国内外关于光热系统中太阳跟踪控制的方法文献不多，而菲涅尔式光热系统起步较晚，相关研究进行的也较少。目前常用的控制手段是利用本地的经纬度数据算出某时刻的太阳方位，再根据反射镜与光学接收器的相对方位、高度、距离等参数计算出每一面反射镜的角度，给步进电机控制信号，控制和调整反射镜的角度，来实现太阳跟踪。在这个过程中有可能带来计算误差和导致误差累积。还需要利用光电传感器组成的闭环控制来修正反射镜角度，控制系统复杂，成本高。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种菲涅尔光热发电系统中反射镜太阳跟踪方法，简单方便，直接利用光电传感器跟踪太阳运动，利用机械系统控制反射镜同步转动，实现反射式跟踪，控制方便，能够提高跟踪效率，降低成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种菲涅尔光热发电系统中反射镜太阳跟踪方法，在一套菲涅尔聚焦系统中，几十个长条形反射镜通过同样规格的涡轮连接到一根长蜗杆上，各反射镜初始位置不同，由驱动电机带动蜗杆轴的转动，带动所有反射镜以同样角度旋转；太阳阳光每转过θ角，所有反射镜将同步转过同样的θ/2角，使反射光束始终反射到收集器上。

一种菲涅尔光热发电系统中反射镜太阳跟踪装置，具体结构包括菲涅尔聚焦系统、阳光跟踪齿轮系统、光电传感器、控制电路和软件系统；

所述菲涅尔聚焦系统中，几十个长条形反射镜通过同样规格的涡轮连接到一根长蜗杆上，各反射镜初始位置不同，由电机驱动蜗杆轴的转动，所述阳光跟踪齿轮系统安装在其中一个反射镜上；

所述阳光跟踪齿轮系统，它有四个齿轮组成。齿轮一的齿数是齿轮二齿数的2倍，齿轮三和四齿数相等，齿轮一和三同轴不同步，齿轮二和四同轴且同步，所述光电传感器固定在齿轮三上，齿轮一固定在反射镜转动轴上，