专利名称：对日光反射装置进行精确控制的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳光能量收集和利用技术领域，具体涉及一种日光反射和聚集系统中对日光反射装置进行精确控制的系统及方法。
背景技术：
随着经济和工业发展，对能源的需求越来越多，尤其是电能是工业和人们生活中不可或缺的能源。传统发电方式，例如，煤炭发电因为对煤矿依赖性太强，而煤炭是不可再生资源且污染较大，煤炭发电等传统的发电模式已经不能满足工业和经济发展的需要。为此，清洁、可再生的能源越来越受到人们重视，而在众多清洁能源中，太阳能因其覆盖面广， 即有阳光的地方即可利用、而占有更重要的作用，因而被广泛应用在发电和发热领域中。在太阳光能量收集和利用系统中，塔式太阳光能量收集器是其中一种重要的方式。请参阅
图1，塔式太阳光能量收集系统包括放置在高塔(也可称接收塔)上的太阳光能量收集器11、高塔周围地面上铺设数千个以至数万个的日光反射装置12，计算机控制子系统和机电转动装置。计算机控制子系统利用机电转动装置控制该些日光反射装置12 自动跟踪太阳，并将太阳的光线反射到位于接收塔顶部的太阳光能量收集器11。利用数千个以至数万个的日光反射装置12将太阳辐射能聚焦到置于接收塔顶部的太阳光能量收集器11上，使其中的介质沸腾，由此所产生的蒸汽来驱动汽轮发电机，进而实现发电的功效； 或利用沸腾的介质来加热其它工业原料；或将产生的热量给民用供热。因此，当太阳轨迹随着时间变化时，必须精确控制日光反射装置12的转动角度以跟踪太阳的变化，从而实现对太阳能资源的高效利用。目前日光反射和聚焦系统中日光反射装置轨迹的控制方法主要有以下几种
(1)开环控制计算机控制子系统根据当地的地理信息和指定时间计算出太阳的位置 (高度角和方位角)，再计算出将太阳光线始终反射到太阳光能量收集器上，日光反射装置绕两轴应转动的角度(高度角和方位角)，最后通过驱动机电转动装置实现日光反射装置对太阳的跟踪。这种方法要求使用高精度和高成本的机电转动装置，无法克服太阳轨迹计算中的建模误差、机电转动装置的误差以及日光反射装置安装和加工上的误差。(2)开环控制、定期校正的方式和上述开环控制一样，根据当地的地理信息和指定的时间计算出太阳的位置，再计算日光反射装置跟踪太阳绕两轴应转动的角度，最后通过驱动机电转动装置实现日光反射装置对太阳的跟踪。为了克服开环控制中存在的太阳轨迹计算误差、机电转动装置误差和日光反射装置加工和安装上的误差问题，因此采用照相成像技术，定时对指定的一块日光反射装置来进行校正。具体方法是调整需要校正的这个日光反射装置的角度，使它对准照相机，拍下此时的照片，采用图像设别的方法计算出成像的情况，并对此块日光反射装置进行校正。这种方法需要在太阳光能量聚集系统中的日光反射装置中间增加照相系统，还需要进一步对照相得到的成像情况进行图像设别，一次只能对一个日光反射装置进行校正，对于一个大型的太阳光能量聚集系统而言，有着成千上万的反射装置，不能及时对每块日光反射装置进行误差校正以及实现闭环控制。
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(3)闭环控制日光反射装置的计算机控制子系统根据当地的地理信息和指定时间计算出太阳的位置(高度角和方位角)，再计算出将太阳光线始终反射到太阳光能量收集器上，日光反射装置绕两轴应转动的角度，发出控制命令，通过驱动机电转动装置实现日光反射装置角度的转动。但由于有太阳轨迹计算误差、机电转动装置误差和其它干扰，当日光反射装置绕两轴转动以后，该日光反射装置在太阳光能量收集器的光斑位置和光斑的设定位置之间一定存在偏差。通过检测日光反射装置在中心吸热器上光斑的位置和设定的光斑位置之间的偏差，进一步调整日光反射装置的两轴转动角度，直到日光反射装置在中心吸热器上的光斑位置到达设定要求，这样的控制过程称日光反射装置的闭环控制。闭环控制是日光反射装置控制的发展趋势，目前商业系统应用的很少，原因是一、因为在中心吸热器上同时有成千上万个日光反射装置的光斑，因此，无法对单独一个日光反射装置在中心吸热器光斑位置进行测量。为了实现闭环控制，若需要在每个日光反射装置上通过增加其它复杂的机电装置或者复杂的光电检测系统来间接测量光斑的位置，必定会增加投资成本和运行成本，影响太阳光能量的利用率。如何实现日光反射装置的低成本，高精度，高可靠的控制一直是塔式太阳光能量聚集系统中急待解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对日光反射装置进行精确控制的方法，以解决现有技术中很难做到成本低且精度高的技术缺陷。本发明的另一目的在于提供了一种日光反射和聚集系统，以解决现有技术中很难做到成本低且精度高的技术缺陷。一种对日光反射装置进行精确控制的方法，包括以下步骤
(1)在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统，并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置；
(2)通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置，先计算该日光反射装置的校正误差系数；
(3)利用校正误差系数计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息，使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线反射到太阳光能量收集器上。步骤(2)中通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置，其中每一次采样步骤为
转动需要采样的日光反射装置的高度角和方位角，使该日光反射装置的反射光线成像在某一光斑参照系统上；
保存采样的次数N、采样的时间t、太阳高度角
K、太阳方位角代、日光反射装置的方位角、日光反射装置的高度角Λ、太阳反射光在光斑参照系统上的成像中心位置( !,/^ )。较佳地采样若干次，每一次采样分别保存采样的次数N、采样的时间t、太阳高度角 太阳方位角d日光反射装置的方位角钱、日光反射装置的高度角^、太阳反射光在
光斑参照系统上的成像中心位置。并且，步骤O)中计算该日光反射装置的校正误差系数进一步为A 获得每一次采样后的非线性式子，具体为 Al 获得该日光反射装置的反射面中心位置( , , )；
Α2 根据
权利要求
1.一种对日光反射装置进行精确控制的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统，并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置；(2)通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置，先计算该日光反射装置的校正误差系数；(3)利用校正误差系数计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息，使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线通过该日光反射装置反射到太阳光能量收集器指定的位置上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置，其中每一次采样步骤为转动需要采样的日光反射装置的高度角和方位角，使该日光反射装置的反射光线成像在某一光斑参照系统上；保存采样的次数N、采样的时间t、太阳高度角K、太阳方位角民、日光反射装置转动的方位角、日光反射装置转动的高度角&2、太阳反射光在光斑参照系统上的成像中心位置( !,。
3、如权利要求2所述的力法其特征在于，采样若干次，每一次采样分别保存采样的次数N、采样的时间t、太阳高度角太阳方位角烤、日光反射装置转动的方位角4、日光反射装置转动的高度角^；、太阳反射光在光斑参照系统上的成像中心位置Oadih1)。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中计算该日光反射装置的校正误差系数进一步为A 获得每一次采样后的非线性式子，具体为Al 获得该日光反射装置的反射面中心点的位置( , , )；A2 根据光斑中心点位置( Ja,Q1)和(V^A),计算出该日光反射装置面中心点指向光斑中心点的反射光线的单位向量 A3 根据
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)进一步包括 =Cos(Ai)CosCMl:获得当前太阳高度角和太阳方位角，后根据)
6、一种对日光反射装置进行精确控制的太阳光能量收集和利用系统，其中包括设置在高塔塔顶的一太阳光能量收集器和高塔周围地面上铺设的若干日光反射装置、并且，针对每一日光反射装置设置用于支撑该日光反射装置的支撑机构以及用以驱动该日光反射装置转动的机电转动装置，其特征在于，本系统还包括若干光斑参照系统设置在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方；若干图像采集装置用以采集所述光斑参照系统上光斑或者其它类型的图像； 控制计算机子系统对于每一日光反射装置，先通过图像采集装置多次采样该日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置，再计算该日光反射装置的校正误差系数；后可利用校正误正系数来计算出当前所述日光反射装置当前需要调整的角度信息，并控制机电转动装置调整，使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线反射到太阳光能量收集器指定的位置上。
7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置为照像装置。
全文摘要
一种对日光反射装置进行精确控制的方法，包括以下步骤(1)在日光反射装置的中间、或周围、或太阳光能量收集器的下方设置若干光斑参照系统，并设置若干用以采集所述光斑参照系统上信息的图像采集装置;(2)通过图像采集装置多次采样日光反射装置在光斑参照系统上的成像位置，先计算该日光反射装置的校正误差系数;(3)利用校正误差系数计算出所述日光反射装置当前需要调整的角度信息，使得太阳轨迹发生变化时保持太阳光线通过该日光反射装置反射到太阳光能量收集器指定的位置上。
文档编号G05D3/12GK102411375SQ201010286860
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者祝雪妹, 金建祥, 陈煜达, 黄文君 申请人:浙江中控太阳能技术有限公司