[實用新型]一種用于線性菲涅耳太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320881650.2
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN203705958U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜春旭;吳玉庭;馬重芳;郭航;張業(yè)強
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D3/10
• 分類號: G05D3/10
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 紀(jì)佳

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型是一種用于線性菲涅耳太陽能聚光熱發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤控制器，所實現(xiàn)的跟蹤精度能夠滿足太陽能工程應(yīng)用的精確性要求，適合于線性菲涅耳太陽能聚光熱發(fā)電領(lǐng)域的工程應(yīng)用。該控制器通過精確實時計算太陽位置，結(jié)合線性菲涅耳聚光鏡場的特有太陽跟蹤方式，給出鏡場中任意鏡元的實時跟蹤傾角并利用步進(jìn)電機將其旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置。

背景技術(shù)

由于能源危機及大氣污染，世界各國加大了對太陽能研究開發(fā)的投入，太陽能熱水、太陽能建筑、太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱發(fā)電等項目發(fā)展迅速，規(guī)模逐漸擴大。太陽能的利用技術(shù)正在日益成熟。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要有4種類型：槽式、塔式、碟式、線性菲涅耳型。目前，常規(guī)槽式系統(tǒng)是利用拋物柱面反射鏡將太陽光反射聚焦至管狀集熱器上，并將管內(nèi)工質(zhì)加熱產(chǎn)生動力來推動發(fā)電設(shè)備發(fā)電。由于太陽光入射方向是隨時間、空間不斷變化的，所以常規(guī)槽式系統(tǒng)必需不斷進(jìn)行太陽跟蹤才能利用，同時，與聚光器連接的管狀集熱器也必需同步運動。當(dāng)集熱管內(nèi)流動工質(zhì)（如油）時，管內(nèi)產(chǎn)生高溫、高壓，在運動過程中還需與固定發(fā)電設(shè)備保持密封連接，這就造成了工程應(yīng)用中的巨大困難。而線性菲涅耳型太陽能發(fā)電系統(tǒng)一改這種拋物柱面反射鏡聚焦方式，而是將曲面鏡分割成小的平面鏡面，與水平面平行放置，根據(jù)不同時刻的太陽角，使小平面鏡繞軸旋轉(zhuǎn)，使太陽入射光反射至集熱器，達(dá)到線聚光的效果。這種聚光裝置由于沒有拋物柱面的焦距的限制，故管狀集熱器可以固定在一定高度的水平面內(nèi)，以此解決集熱器活動連接密封難題。目前，這種聚光裝置還處在試驗階段，相應(yīng)的跟蹤控制器還沒有成熟的產(chǎn)品，本實用新型結(jié)合線性菲涅耳聚光鏡場的特有太陽跟蹤方式，利用單片機、步進(jìn)電機等元件，開發(fā)了廉價的、適用于該類聚光系統(tǒng)控制器。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型目的在于通過提供一種太陽跟蹤控制器，解決當(dāng)前線性菲涅耳太陽能聚光鏡場的實時太陽跟蹤問題。

該控制器可以方便的獲得任意地點、任意時間的太陽高度角，任意線性菲涅耳太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)聚光鏡元的轉(zhuǎn)角，并可進(jìn)行實時顯示。通過外接步進(jìn)電機及相應(yīng)的電機驅(qū)動模塊，可精確調(diào)整聚光鏡元的轉(zhuǎn)角，使太陽入射光反射至線性固定的集熱器，從而盡可能多的收集太陽能。

本實用新型是一種控制器，該控制器可精確計算太陽角度及任意角度布置的線性菲涅耳太陽能聚光鏡元的轉(zhuǎn)角并將其實時顯示，外接步進(jìn)電機模塊可驅(qū)動聚光鏡實現(xiàn)太陽入射光反射至集熱器的目的。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案:

本實用新型包括單片機、時鐘日歷芯片、鍵盤顯示芯片、LED顯示板、反向放大器和用于輸入當(dāng)?shù)貢r間、日期、經(jīng)度和緯度，集熱器相對高度，鏡面距集熱器垂直中心距離信息的鍵盤以及步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)；其中：

時鐘日歷芯片與單片機相連，將實時時鐘信號傳送給單片機；

單片機通過鍵盤顯示芯片與鍵盤和LED顯示板相連，單片機根據(jù)鍵盤的鍵入信息和時鐘信息計算出太陽高度角及相應(yīng)鏡面轉(zhuǎn)角并送至LED顯示板顯示；

單片機與反向放大器相連接，單片機根據(jù)計算的相應(yīng)鏡面轉(zhuǎn)角通過反向放大器來控制步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)。

本實用新型的核心部件單片機接收鍵盤信號，可以通過鍵盤調(diào)整求解太陽角度及鏡面轉(zhuǎn)角的初始條件（包括當(dāng)?shù)貢r間、日期、當(dāng)?shù)亟?jīng)度、當(dāng)?shù)鼐暥取⒓療崞飨鄬Ω叨取㈢R面距集熱器垂直中心距離），單片機在數(shù)據(jù)初始化后做出相應(yīng)的反應(yīng)，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，通過I²C總線與時鐘日歷芯片和鍵盤顯示芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，得到實時顯示的太陽角度及鏡面轉(zhuǎn)角。本發(fā)明設(shè)置有步進(jìn)電機模塊外接口，可以與步進(jìn)電機驅(qū)動模塊建立聯(lián)系，能夠控制步進(jìn)電機按要求旋轉(zhuǎn)。

本實用新型在地平坐標(biāo)系下能夠?qū)崿F(xiàn)線性菲涅耳太陽能聚光鏡元的反射跟蹤，不僅提高了跟蹤精度，而且可以根據(jù)太陽角及鏡面轉(zhuǎn)角來控制步進(jìn)電機驅(qū)動模塊；同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、廉價等優(yōu)點。

附圖說明

圖1本實用新型的原理示意圖

圖2本實用新型的主程序框圖

圖3本實用新型的步進(jìn)電機模塊流程圖

圖4本實用新型的電路原理圖

圖5獨立鏡元轉(zhuǎn)角計算示意圖

具體實施方式

下面結(jié)合圖1～4對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：