碟式太阳能热利用系统及其控制方法
【专利说明】碟式太阳能热利用系统及其控制方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能领域，特别是关于碟式太阳能热利用系统及其控制方法。 【【背景技术】】
[0002] 根据聚光方式的不同，高温太阳能热利用可分为塔式、槽式、菲涅尔式、和碟式等。 在这些技术中，碟式太阳能由于集热温度高、占地面积小、受电站地理纬度的影响小、用于 发电时热电效率高等显著优点而得到了广泛重视。
[0003] 在碟式太阳能热利用系统中，由多个碟式聚光碟阵列形成的太阳场是核心部分。 根据单个聚光碟的聚光面积和系统规模的不同，小型太阳场可能只包含一个或几个聚光 碟，而大的太阳场则可能包含数千数万个聚光碟。为了提高太阳场的效率和总的集热量、并 保证太阳场的安全和系统的可靠性，需要对太阳场进行全自动控制，例如在正常运行状态 下，控制每个聚光碟的开口都正对着太阳，且随着时间和太阳位置的位移而在俯仰方向和 周向运动，以保证聚光碟的开口始终正对着太阳，或者在日出和日落时自动的启动和关闭 整个系统，或者在过高的风速、接收器温度过高、工质流量超过泵/风机最大允许流量等异 常情况下自动关闭系统，在异常排除后又能自动启动系统并正常运行等。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明的目的在于提供一种碟式太阳能热利用系统的控制方法。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种自动控制的碟式太阳能热利用系统。
[0006] 为达成前述目的，根据本发明一个实施例的一种碟式太阳能热利用系统的控制方 法，其包括：
[0007] 设定预定时间间隔的计时点，在每一计时点计算系统所在地的太阳高度角和方位 角；
[0008] 当当前计时点太阳高度角大于预设角度时，而前一计时点太阳高度角小于等于预 设角度时时，开始启动所述碟式太阳能热利用系统，并依据当前计时点的太阳方位角驱动 碟式太阳能热利用系统的聚光镜至预定位置；
[0009] 当当前计时点太阳高度角小于等于预设角度时，而前一计时点太阳高度角大于预 设角度时时，开始关闭所述碟式太阳能热利用系统。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述预设角度为零度。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述的碟式太阳能热利用系统包括采集风速的风速测 量装置，所述方法还包括利用所述风速测量装置采集所述碟式太阳能热利用系统所在地的 风速，在每一计时点比较所述计时点之前预定时间内的平均风速与预设安全风速，当当前 计时点所述平均风速小于所述预设安全风速，前一计时点所述平均风速大于等于所述安全 风速时，开始启动所述碟式太阳能热利用系统；当当前计时点所述平均风速大于等于所述 预设安全风速，前一计时点所述平均风速小于所述预设安全风速，开始关闭所述碟式太阳 能热利用系统。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述的碟式太阳能热利用系统包括采集温度的温度 计，所述方法还包括利用所述温度计采集碟式太阳能热利用系统内的温度，在所述计时点 比较所述计时点之前预定时间内太阳能热利用系统内的平均温度与预设安全温度，当当前 计时点所述平均温度大于所述预设安全温度，控制聚光镜偏离太阳预定角度运行，并记录 当前接收器为偏离状态；当当前计时点所述平均温度小于所述预设安全温度，检查接收器 状态是否为偏离状态，如果接收器状态为正常状态，系统保持正常运行；如果接收器状态为 偏离状态，判断当前计时点太阳能热利用系统内的平均温度是否小于预设回归温度，如果 当前计时点太阳能热利用系统内的平均温度小于预设回归温度，控制聚光镜正对太阳，系 统恢复正常运行，并记录接收器为正常状态；如果当前计时点太阳能热利用系统内的平均 温度大于等于预设回归温度，控制系统继续保持聚光镜偏离太阳预定角度运行状态，其中 所述预设回归温度的温度值低于预设安全温度的温度值。
[0013] 根据本发明的一个实施例，所述温度计为至少两个温度计，所述温度计采集碟式 太阳能热利用系统内的温度为至少两个温度计所测量的碟式太阳能热利用系统内的不同 部位的温度，所述预设安全温度为对应所述不同部位的预设安全温度。
[0014] 根据本发明的一个实施例，当开始启动所述碟式太阳能热利用系统时，同时记录 当前计时点的时间为开始启动时间，在下一计时点时，判断下一计时点距离所述开始启动 时间的时间间隔是否大于所述碟式太阳能热利用系统的启动所需时间，当所述下一计时点 距离所述开始启动时间的时间间隔小于所述碟式太阳能热利用系统的启动所需时间，则继 续开启所述碟式太阳能热利用系统；当所述下一计时点距离所述开始启动时间的时间大于 所述碟式太阳能热利用系统的启动所需时间，则保持系统正常运行，其中所述启动所需时 间为系统开始启动至系统正常运行所间隔的时间；或者当开始关闭所述碟式太阳能热利用 系统时，同时记录当前计时点的时间为开始关闭时间，在下一计时点时，判断下一计时点距 离所述开始关闭时间的时间间隔是否大于所述碟式太阳能热利用系统的关闭所需时间，当 所述下一计时点距离所述开始关闭时间的时间间隔小于所述碟式太阳能热利用系统的关 闭所需时间，则关闭所述碟式太阳能热利用系统；当所述下一计时点距离所述开始关闭时 间的时间间隔大于所述碟式太阳能热利用系统的关闭所需时间，则保持系统停止运行，其 中所述关闭所需时间为系统开始关闭至系统停止运行所间隔的时间。
[0015] 根据本发明的一个实施例，其中所述碟式太阳能热利用系统还包括换热系统，所 述换热系统包括换热介质传输管道以及设置于传输管道上的流量控制装置，换热介质通过 所述传输管道进入太阳能热利用系统的接收器，并与其中的吸热材料进行热交换，所述控 制方法还包括根据所述碟式太阳能热利用系统所在地的太阳直射辐射量、所述换热介质的 比热，所述接收器入口处换热介质的温度以及接收器出口处期望的换热介质的温度计算换 热介质流量，由流量控制装置依据所述计算的换热介质流量控制传输管道内的换热介质流 量，设定系统运行时所述换热介质的最低允许流量，当所述计算的换热介质流量低于该系 统运行的最低允许流量时，流量控制装置将传输管道内的换热介质流量控制为所述设定的 最低允许流量，当所述计算的换热介质流量大于所述流量控制装置的最大允许流量时，流 量控制装置将传输管道内的换热介质流量控制为所述流量控制装置的最大允许流量。
[0016] 根据本发明的一个实施例，其中所述依据当前计时点的太阳方位角驱动碟式太阳 能热利用系统的聚光镜至预定位置包括：预先根据太阳能热利用系统所在地的地理位置精 确计算出每天每个时刻太阳的高度角和方位角，将这些计算的信息储存于控制系统内，在 当前计时点，控制系统依据所储存的当前时间的太阳的高度角和方位角信息，输出控制信 号使聚光碟的镜面正对太阳；或者系统通过一组传感器采集太阳位置信息，并通过对比分 析这些传感器所采集的信息的不同，以确定聚光碟相对太阳图像的误差，然后调整聚光镜 的位置使聚光镜的镜面正对太阳。
[0017]为达成前述另一目的，根据本发明的一个实施例，一种碟式太阳能热利用系统，其 包括聚光碟及控制系统；
[0018] 所述聚光碟包括收集太阳光的聚光镜及其支撑结构、接收聚光镜反射光线并把太 阳能转化为热量的接收器、支撑固定所述接收器的支架以及驱动所述聚光镜跟踪太阳的太 阳追踪子系统；
[0019] 所述控制系统采用前述的方法输出控制信号控制所述碟式太阳能热利用系统的 运行。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述控制系统还输出控制信号控制所述太阳追踪子系 统的运行。
[0021] 本发明的碟式太阳能热利用系统，能够对太阳能热利用系统进行全自动控制，使 之满足全天候多种复杂工况，例如启动、关闭、风速太大、接收器温度过高、或流量过大等工 况下的自动运行，在获得系统最大集热量的同时保证系统各个零部件的安全性及整个太阳 能热利用系统的可靠性。 【【附图说明】】
[0022] 图1是本发明一个实施例的单碟太阳能热利用系统的简化示意图，其中控制系统 根据系统所在地的太阳高度角和方位角，控制太阳能热利用系统的运行。
[0023] 图2是图1所示实施例的单碟太阳能热利用系统的控制方法流程图。
[0024] 图3是本发明的另一实施例的单碟太阳能热利用系统的示意图，其中控制系统根 据系统所在地的太阳高度角和风速控制太阳能热利用系统的运行。
[0025] 图4是图3所示实施例的单碟太阳能热利用系统的控制方法流程图。
[0026] 图5是本发明的再一实施例的单碟太阳能热利用系统的示意图，其中控制系统的 中央控制器根据系统所在地的太阳高度角和和风速以及系统内部的温度控制太阳能热利 用系统的运行。
[0027] 图6是图5所示实施例的单碟太阳能热利用系统的控制方法流程图。
[0028] 图7是本发明的一个实施例的单碟太阳能热利用系统的换热系统中换热介质流 量的控制方法流程图。
[0029] 图8是本发明的一个实施例的由多个聚光碟组成的太阳能热利用系统的简化示 意图。 【【具体实施方式】】
[0030] 本发明的详细描述通过示意图、流程、步骤、过程或其他象征性的描述来直接或间 接地模拟本发明技术方案的运作，为向本领域的技术人员有效地介绍本发明的工作本质使 其透彻地理解本发明，在接下来的描述中陈述了许多特定细节，而在没有这些特定细节时， 本发明仍可实现。另一方面，为避免混淆本发明的目的，一些熟知的容易理解的方法或过 程，在下面的描述中并未详细叙述。
[0031] 此处所称的"一