[發(fā)明專利]用于太陽能聚光鏡片調(diào)整的自動調(diào)焦系統(tǒng)及其調(diào)焦方法

在審

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• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104062743A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 王振聲;周改改
• 申請（專利權(quán)）人: 大連宏海新能源發(fā)展有限公司
• 主分類號: G02B7/183
• 分類號: G02B7/183;F24J2/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 楊威;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域，具體地說是涉及一種用于太陽能聚光鏡片調(diào)整的自動調(diào)焦系統(tǒng)及其調(diào)焦方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有的太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域，主要包括槽式、塔式以及碟式三種類型的發(fā)電方式，其原理均為利用聚光反射鏡片，將光聚集轉(zhuǎn)換為熱能再進一步進行電能的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)太陽能發(fā)電。

由于太陽能本身比較分散，為了得到較大的能量，需要很大的聚光面積。受加工及成本的限制，通常采用多組小反射鏡片拼接成大型曲面的設計方式。在實際組裝過程中，調(diào)整小反射鏡片的角度和位置，使其能夠符合設計的曲面要求，達到更好的聚光效果，即稱為系統(tǒng)的調(diào)焦。

以碟式聚光系統(tǒng)為例，設計的鏡片組是按照拋物面型的方式排列，理論上可以將光線全部反射到位于焦點處的吸熱器。但是在實際安裝過程中未進行調(diào)焦時，由于安裝等誤差影響，每個鏡片反射光斑的位置難以確定，無法保證其能夠會聚于焦點，造成聚光系統(tǒng)焦點處的聚焦光斑發(fā)散變大，使部分光反射至吸熱器邊緣或外部，降低吸熱器吸入的能量，從而導致系統(tǒng)的發(fā)電量的降低。

目前使用的調(diào)焦方式主要有兩種：

1、手動目測調(diào)焦：在聚光系統(tǒng)的焦平面處放置接收屏，在有太陽的情況下，使聚光系統(tǒng)直接正對太陽，光線被反射至焦點的接收屏上，調(diào)整反射鏡片使反射光斑入射到接收屏指定范圍內(nèi)，該方法由于調(diào)整人員在進行角度調(diào)整時，可以觀測到反射光斑的位置，然后對著反射光斑的位置進行調(diào)整，調(diào)整效率較高，但也存在以下問題：

①、受天氣限制嚴重，由于只能在有太陽的情況下進行，如果遇到連續(xù)的陰雨天，則無法進行調(diào)焦，造成效率低下。

②、對聚光系統(tǒng)要求較高，同時存在安全隱患。由于太陽角度實時變化，在調(diào)整過程中，聚光系統(tǒng)要能夠始終高精度的跟蹤太陽，如果出現(xiàn)角度偏差，會直接造成調(diào)整的誤差。同時由于聚光系統(tǒng)實時變化，人員在后面進行調(diào)整時，也存在較大的安全隱患。

③、聚焦光斑質(zhì)量無法判定，可能會存在局部熱斑。在目測調(diào)整時，由于人員通過聚光光斑的位置來進行判斷，通?？杀ＷC較高的吸入效率，提高系統(tǒng)的收集的能量，但無法確定光斑的能流分布，可能會存在聚集熱量不均勻，對后端的吸熱器以及發(fā)動機造成致命影響。

2、顯示調(diào)焦，制作對應的顯示，每個反射鏡對應不同的顏色區(qū)域，將顯示放置在焦距附近，通常在50～100米左右的距離觀測反射鏡。當反射鏡不存在角度偏差時，對應反射鏡會反射顯示上其應該對應位置的圖像，此時不需要進行調(diào)整。當觀測到反射鏡反射的圖像與對應位置不符，則存在角度偏差，需要對反射鏡進行調(diào)整，其調(diào)整量和調(diào)整方向較難判斷，需要實際反復確認方能得出。該方法相比于手動目測調(diào)焦在天氣限制、人員安全隱患以及理論的調(diào)整精度上均有大幅改善，但也存在以下問題：

①、由于觀測點較遠，調(diào)整人員并不能直接觀測到聚光系統(tǒng)反射的圖像，需要另外的人員去觀察后反饋，同時通過觀察到的圖像，較難判斷其反射鏡應調(diào)整的方向以及調(diào)整量，增加了額外的人員同時也大大降低了調(diào)整效率。

②、該方法在理論上擁有非常高的精度，實際調(diào)整過程中，由于反射鏡表面誤差的原因，觀測到的圖像通常都不會是完全對應于顯示上的像，而是一種與其他反射鏡對應的像混合的情況，在此情況下還需要人為去判斷，從而降低了調(diào)整精度。

以上兩種方法受限制于自身的弱點，在實際的要求越來越高的聚光系統(tǒng)中，很難被應用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種新型的高精度、高效率、安全可靠的用于太陽能聚光鏡片調(diào)整的自動調(diào)焦系統(tǒng)及其調(diào)焦方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案：

用于太陽能聚光鏡片調(diào)整的自動調(diào)焦系統(tǒng)，包括圖像顯示設備、圖像采集設備以及圖像數(shù)據(jù)處理設備，其特征在于：所述的圖像采集設備放置在聚光系統(tǒng)的入射光方向上，并面對聚光系統(tǒng)的反射鏡，用于采集反射鏡反射的圖像顯示設備輸出的圖像數(shù)據(jù)；所述的圖像顯示設備放置在聚光系統(tǒng)的入射光方向上，用于顯示由圖像數(shù)據(jù)處理設備控制輸出的顯示圖像；所述的圖像數(shù)據(jù)處理設備，用于控制圖像顯示設備輸出與聚光系統(tǒng)的各個反射鏡的區(qū)域面積一一對應的顯示圖像，且使得任一反射鏡的區(qū)域面積以及該反射鏡周圍的各個反射鏡區(qū)域面積的顯示圖像均為不相同的顏色圖像，并控制圖像采集設備采集待調(diào)焦的反射鏡反射的圖像后進行分析處理，輸出相應的調(diào)焦數(shù)據(jù)。

所述的圖像顯示設備采用平板電視或投影機與投影屏幕配合方式，由圖像數(shù)據(jù)處理設備控制輸出與聚光系統(tǒng)的各個反射鏡的區(qū)域面積一一對應的顯示圖像。