[發(fā)明專利]一種碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710110005.3
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN106950036B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許金山;李松;陳勝勇;帥永輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量檢測(cè)方法，包括以下步驟：1)以分段擬合的方式對(duì)相機(jī)像素響應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)；2)拍攝碟面匯聚陽光產(chǎn)生的光斑圖像；3)根據(jù)擬合的相機(jī)響應(yīng)曲線對(duì)圖像進(jìn)行校準(zhǔn)；4)估算光斑的照度分布；5)估算光斑的能量密度分布；6)根據(jù)聚光的效率、光斑的形狀、大小和分布均勻性判斷光斑的質(zhì)量，在加熱頭區(qū)域內(nèi)，各像素位置上對(duì)應(yīng)的輻射功率與區(qū)域內(nèi)平均功率的差值不能過大，當(dāng)其大于設(shè)定閾值時(shí)，則認(rèn)為能量分布不均勻。本發(fā)明提供了一種有效檢測(cè)碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量、安全性高、可信性較高的碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量檢測(cè)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能中聚光熱發(fā)電領(lǐng)域，涉及碟式Stirling熱發(fā)電技術(shù)中的聚光器技術(shù)方面，尤其是一種碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

由于傳統(tǒng)能源的不斷消耗和空氣的嚴(yán)重污染，太陽能以其清潔性和無窮性，受到了越來越多的關(guān)注。在多種太陽能利用技術(shù)中，碟式Stirling技術(shù)具有最高的光電轉(zhuǎn)化效率。該技術(shù)利用巨型的拋物碟面匯聚平行其光軸的陽光于焦點(diǎn)附近，形成高能量密度的光斑，即輻射源，該輻射源作為Stirling發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源推動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)與其連接的發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)化。在此過程中，高質(zhì)量的光斑是保證設(shè)備安全與高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，因此，在設(shè)備投入使用前，碟面匯聚光斑的質(zhì)量需要進(jìn)行檢測(cè)。

光斑的質(zhì)量主要由以下四個(gè)方面組成：聚光效率、光斑的形狀、大小和能量密度分布的均勻性。聚光效率就是指經(jīng)碟面匯聚的陽光輻射可有效用于發(fā)動(dòng)機(jī)的比例，該參數(shù)決定了設(shè)備的光電轉(zhuǎn)化的效率。光斑的形狀和大小應(yīng)該與發(fā)動(dòng)機(jī)接收輻射的加熱頭的參數(shù)保持一致。光斑能量密度分布的均勻性直接決定了設(shè)備能否用于發(fā)電，不均勻的光斑將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作，甚至損毀設(shè)備。由于光斑溫度較高，傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方式難以滿足其質(zhì)量的測(cè)量，所以它需要一種特殊的非接觸式測(cè)量方式，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備發(fā)電前的碟面聚光質(zhì)量檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)無法有效檢測(cè)碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量的不足，本發(fā)明提供了一種有效檢測(cè)碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量、安全性高、可信性較高的碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量檢測(cè)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種碟式Stirling太陽能聚光質(zhì)量檢測(cè)方法，包括以下步驟：

1)以分段擬合的方式對(duì)相機(jī)像素響應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)

校準(zhǔn)的設(shè)備為一臺(tái)可由電腦控制亮度的LCD顯示屏和相機(jī)，LCD屏幕顯示的亮度與電腦的控制量間存在線性關(guān)系，校準(zhǔn)過程為：電腦將屏幕的亮度分為256個(gè)梯度，并分別顯示出來，操作人員設(shè)置相機(jī)參數(shù)與拍攝光斑圖像時(shí)的參數(shù)一致后，拍攝每個(gè)梯度屏幕亮度圖像；之后，將相機(jī)拍攝的圖像亮度與電腦控制屏幕顯示的亮度繪制成曲線，并在拐點(diǎn)處將其分為三段，然后分別以高階方程對(duì)其進(jìn)行擬合，至此完成了相機(jī)響應(yīng)曲線的擬合；

2)拍攝碟面匯聚陽光產(chǎn)生的光斑圖像

3)根據(jù)擬合的相機(jī)響應(yīng)曲線對(duì)圖像進(jìn)行校準(zhǔn)

在得到光斑圖像后，根據(jù)步驟1)中得到的相機(jī)響應(yīng)曲線，將圖像中的像素值映射到對(duì)應(yīng)的亮度值上，即得到了新的光斑亮度分布圖，此校準(zhǔn)后的圖片用于物體表面照度的估算；

4)估算光斑的照度分布

光斑圖片經(jīng)相機(jī)響應(yīng)校準(zhǔn)后得到光斑亮度分布圖片，亮度圖中像素值與光斑表面輻照度成線性關(guān)系，設(shè)圖片某處亮度值為i,其對(duì)應(yīng)的光斑上的輻照度為I，則：

I＝n×i

其中，n為比例系數(shù)；

5)估算光斑的能量密度分布

由物體表面輻射強(qiáng)度與輻照度的轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，設(shè)輻射強(qiáng)度為則