一种槽式集热器的在线检测系统和方法与流程

本发明涉及太阳能利用，尤其涉及一种槽式集热器的在线检测系统和方法。

背景技术：

1、各种可再生能源中，太阳能以其清洁、安全等显著优势，发展趋势迅猛。集热系统负责吸收太阳辐射能，为后续发电提供能量，是光热发电系统的核心组成部分。集热系统包含聚光装置，由中央控制系统操控，跟踪太阳位置收集并反射阳光到集热管上，从而实现辐射能的集中。太阳能槽式集热器在太阳能利用系统中占据主导地位，它为系统提供热源，其效率会影响到整个集热系统的效率。举例来说，槽式光热电站太阳岛作为电站的能量来源，其效率将直接影响电站的整体效能。槽式太阳岛由多个集热器串并联组合而成，集热器主要由反射镜、集热管、驱动机构组成。集热器跟踪太阳转动，通过反射镜将太阳光反射至吸热管收集能量，跟踪精度及集热管直线度偏离正常值均可能导致反射镜无法将太阳光反射聚焦于吸热管，从而降低集热器集热效率。

2、专利cn104090584公开了一种一维错位太阳能跟踪系统，包括光敏跟踪组件和控制系统，所述光敏跟踪组件包括光敏元件、遮光板、防护罩以及底座和跟踪电路板，所述控制系统包括控制电路板。遮光板为通过焊接或拉伸或扭曲形成的错位遮光板结构，错位遮光板结构包括第一遮光板以及至少一第二遮光板，所述第一遮光板和第二遮光板两侧的跟踪电路板上均设置至少一对对称分布的用于对太阳能入射光进行数据采集的光敏元件，所述光敏元件的输出信号通过光敏信号输出线连接至控制电路板，对光敏元件的输出信号进行逻辑计算后判断太阳光入射方向是否偏离允许范围之外，如果偏离允许范围之外，则对传动系统进行输出控制。但是，上述太阳能跟踪系统结构较为复杂且占用空间较大，影响集热器的集热效率，并且跟踪精度的计算依赖错位遮光板结构的夹角，通用性较差。专利cn205279486公开了一种小槽式太阳能聚光集热系统，包括有支架、传动模块和感应太阳光并控制传动模块动作的太阳能跟踪模块，利用光敏元件实现太阳能一维跟踪聚光。但是，上述太阳能聚光集热系统中的光敏元件安装在采光面，同样存在影响集热器的集热效率的问题，同时通过光敏元件的差值单一确定集热器的转动角度容易出现调整精准度较低的情况。此外，上述系统均未解决集热管直线度偏离正常值造成集热效率较低的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一个目的在于提出一种槽式集热器的在线检测系统，使得槽式集热器实现跟踪精度的检测和纠偏，并实现集热管的直线度一致，能够以最大限度将太阳光反射聚焦至集热管，从而提升槽式集热器的集热效率，并提升所在槽式光热电站的整体发电量。

3、本发明的第二个目的在于提出一种槽式集热器的在线检测方法。

4、为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了槽式集热器的在线检测系统，包括槽式集热器和设置在槽式集热器上的纠偏装置，

5、其中，槽式集热器包括反射镜和集热管，集热管沿反射镜的轴向设置于反射镜的反射镜面的上方；

6、集热管经太阳光照射在反射镜上投射出阴影，至少部分阴影投射至纠偏装置上，槽式集热器调整反射镜切面与水平面的夹角，使得阴影在纠偏装置中心线的两侧均匀分布，纠偏装置中心线与标准阴影中心线重合，标准阴影中心线与集热管平行。

7、可选的，槽式集热器调整至少一部分集热管的高度，使得纠偏装置上的阴影中心线与标准阴影中心线重合。

8、可选的，纠偏装置为光敏阵列，光敏阵列沿x轴方向包括3个光敏元件，光敏阵列沿y轴方向包括4个光敏元件。

9、可选的，纠偏装置通过贴片方式安装于反射镜上。

10、可选的，光敏阵列满足pwmin≥3gwmin，其中，pwmin表示光敏阵列在y轴方向上长度的最小值，gwmin表示光敏阵列中在y轴方向上相邻的光敏元件的最小距离。

11、可选的，光敏阵列还满足gwmin≤sw，其中，gwmin表示光敏阵列中在y轴方向上相邻的光敏元件的最小距离，sw表示阴影的宽度。

12、可选的，阴影的宽度利用公式一确定，公式一：sw＝s*tan(a)+w，其中，a表示太阳方位角，w表示集热管的宽度，s表示阴影的长度，s＝h/tan(α)，α表示太阳高度角，h表示纠偏装置与集热管的相对高度。

13、可选的，纠偏装置设置在反射镜的至少一端。

14、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下技术效果：

15、1.该在线检测系统利用投射到纠偏装置上的集热管阴影，实现了槽式集热器的跟踪精度在线检测和精准纠偏，提高了槽式集热器的集热效率。

16、2.该在线检测系统通过设置多个纠偏装置以灵活调整集热管管段的高度，使得集热管的直线度一致，提高了集热器的集热效率。

17、3.该在线检测系统通过多个光敏元件排列组合为对称的光敏阵列，增加了槽式集热器跟踪精度检测的准确度和可靠性。

18、4.该在线检测系统将纠偏装置通过贴片方式安装，能够提高纠偏装置安装时的便捷性和灵活性，并且可拆卸，能够重复使用。

19、为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了槽式集热器的在线检测方法，方法应用于槽式集热器的在线检测系统，包括：

20、获取纠偏装置中心线两侧的电流值；

21、根据纠偏装置中心线两侧的电流值计算出两者的方差；

22、基于方差建立太阳高度角修正模型；

23、利用太阳高度角修正模型得到太阳高度角的修正值。

24、可选的，根据纠偏装置中心线两侧的电流值计算出两者的方差，包括：

25、分别计算以纠偏装置中心线对称的光敏元件的电流值的差值；

26、计算差值的均值；

27、根据差值和均值计算差值的偏差值；

28、根据偏差值计算差值的方差。

29、可选的，基于方差建立太阳高度角修正模型，包括：

30、太阳高度角修正模型通过公式二表示，公式二：f＝kp*σ2+ki*∫σ2dt+kd*dσ2/dt，其中，f表示修正值，kp表示比例增益，ki表示积分系数，kd表示微分系数，σ表示方差。

31、可选的，方法还包括：

32、根据太阳高度角的修正值，利用公式三确定最终的太阳高度角，公式三：out＝θ_actual+f，其中，out表示最终的太阳高度角，θ_actual表示预设的太阳高度角，f表示修正值。

33、可选的，方法还包括：

34、调整纠偏装置的安装角度，使得纠偏装置中沿x轴方向的位于同一直线上的光敏元件的电流值相等。

35、可选的，纠偏装置包括第一纠偏装置和第二纠偏装置，第一纠偏装置对应第一集热管管段，第二纠偏装置对应第二集热管管段，第二纠偏装置的阴影中心线与标准阴影中心线重合，方法还包括：

36、获取第一纠偏装置的第一电流值；

37、获取第二纠偏装置的第二电流值；

38、将第一电流值与第二电流值进行对比；

39、如果第一电流值和第二电流值不相同，则根据第一电流值和第二电流值调整第一集热管管段的高度，使得第一纠偏装置的阴影中心线与标准阴影中心线重合。

40、可选的，根据第一电流值和第二电流值调整第一集热管管段的高度，包括：

41、根据公式四计算直线度角度，公式四：lda＝atan((ii-i0)/di)，其中，lda表示直线度角度，ii表示第一电流值，i0表示第二电流值，di表示第i个第一纠偏装置的阴影中心线的中点与第二纠偏装置的阴影中心线的中点之间的水平距离；

42、根据公式五计算集热管的高度修正量，公式五：hi＝di*tan(lda)，其中，hi表示第i个第一纠偏装置的高度修正量，di表示第i个第一纠偏装置的阴影中心线与标准阴影中心线之间的垂直距离

43、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下技术效果：

44、1.该在线检测方法通过计算纠偏装置中心线两侧的电流值的方差来度量光敏元件的电流值的离散程度，实现了槽式集热器跟踪精度的在线检测。

45、2.该在线检测方法建立了太阳高度角修正模型，并基于实时检测的电流值实现了预设太阳高度角的精准修正。

46、3.该在线检测方法通过结合预设太阳高度角和修正值来确定最终的太阳高度角，增加了实施跟踪动作时数据来源的多样性和全面性，实现了跟踪精度的纠偏，提高了槽式集热器跟踪精度的准确性，提高了槽式集热器的集热效率。

47、4.该在线检测方法通过获取多个纠偏装置的电流值并进行便捷、高效的计算和对比，实现了集热管管段的高度的灵活调整，使得集热管的直线度一致，提高了集热器的集热效率。

48、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。