[發明專利]一種基于追日傳感器的定日鏡裝置及工作方法

有效

• 申請號: 201710538703.3
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107368101B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 宋記鋒;羅耿;楊勇平;李蕾
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了一種基于追日傳感器的定日鏡裝置及工作方法，屬于太陽能集熱技術領域。裝置包括追日傳感器、對日支架、齒輪組件、自旋仰角型定日鏡、自旋軸和控制器，自旋軸對準光靶，齒輪組件安裝在自旋軸上，通過傳動比2:1的關系，實現自旋仰角型定日鏡法向量到太陽向量的轉換，然后借助追日傳感器對準太陽，從而實現了不需要角度編碼器和太陽位置算法的定日鏡閉環控制，大大簡化了控制系統；在實際工程中，保證了自旋軸對準光靶的精度，以及齒輪組件、對日支架和追日傳感器三者之間的安裝精度后，其他安裝精度可適當降低，一定程度上降低了安裝精度的要求，適用于大規模使用定日鏡的太陽能熱發電、太陽爐集熱、自然光照明等場所。

技術領域

本發明屬于太陽能集熱技術領域，特別涉及一種基于追日傳感器的定日鏡裝置及工作方法。

背景技術

塔式太陽能熱電站中，定日鏡按結構形式大體分為兩類，一個是方位仰角型，其方位軸垂直于地面，仰角軸水平于地面，現廣泛應用于國內外的塔式熱電站中；另一個是自旋仰角型，自旋軸朝向光靶，仰角軸與自旋軸垂直安裝，由于運行重心的不穩定和安裝的不方便，現并沒有廣泛用于塔式熱電站中，但自旋仰角型定日鏡光學性能比方位仰角型強，以后的發展空間很大。

鏡場中有成百上千的定日鏡，傳統的控制方法是根據時間和太陽位置算法算出太陽位置向量，或傳感器測量太陽位置向量，再依據定日鏡和光靶目標所處精確位置，通過公式算出定日鏡法向量，從而轉化為兩個軸的旋轉角度，借助編碼器控制旋轉角度。具體的算法可以參考陳應天教授的文章Non-imaging focusing heliostat(Solar Energy雜志，2001年71期155頁)。這種通過算法和編碼器的控制難免因安裝誤差、機械誤差等各種誤差使帶入算法計算的數值與實際值不符，從而出現控制錯誤，并且往往對控制器的硬件要求較高。

本發明在機械結構上加以創新，通過傳動比的關系，實現自旋仰角型定日鏡法向量到太陽向量的轉換，然后借助追日傳感器對準太陽，從而實現了不需要角度編碼器和太陽位置算法的定日鏡閉環控制，大大簡化了控制系統；在實際工程中，保證了自旋軸對準光靶的精度，以及齒輪組件、對日支架和追日傳感器三者之間的安裝精度后，其他安裝精度可適當降低，一定程度上降低了安裝精度的要求。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于追日傳感器的定日鏡裝置及工作方法，解決了目前系統需要角度編碼器和太陽位置算法的定日鏡閉環控制的問題，提供了一個簡單易行的系統。

一種基于追日傳感器的定日鏡裝置，包括追日傳感器、角度轉換組件、自旋仰角型定日鏡和控制器，追日傳感器通過角度轉換組件與自旋仰角型定日鏡的仰角軸連接，角度轉換組件使追日傳感器的旋轉速度是仰角軸旋轉速度的兩倍并且旋轉方向相同。

所述角度轉換組件為齒輪組件，還包括對日支架，追日傳感器固定在對日支架上，傳感器的對日方向垂直于對日支架上平面；對日支架與對日支架軸齒輪固定，隨對日支架軸齒輪的旋轉而旋轉；自旋仰角型定日鏡和仰角軸齒輪相對固定，隨仰角軸齒輪的旋轉而旋轉；齒輪組件壁固定在自旋軸上；齒輪組件包括仰角軸齒輪、反轉齒輪、對日支架軸齒輪和齒輪組件壁；仰角軸齒輪、反轉齒輪和對日支架軸齒輪模數相同，分別安裝在齒輪組件壁上，仰角軸齒輪和反轉齒輪分度圓直徑相等，對日支架軸齒輪分度圓為反轉齒輪的一半，仰角軸齒輪與反轉齒輪嚙合，傳動比1:1，反轉齒輪與對日支架軸齒輪嚙合，傳動比2:1。

裝置初始安裝配合關系為：自旋軸對準光靶，追日傳感器以及自旋仰角型定日鏡的法向量都與自旋軸軸線平行。

所述自旋軸高精度的對準光靶不隨時間改變。

所述追日傳感器可高精度對準太陽，并且能有效反饋太陽相對追日傳感器的方位，方便控制器控制定日鏡相應方向的旋轉；所述定日鏡旋轉可以由微步進角度的步進電機或大減數比的直流電機提供動力，電機使定日鏡在兩個方向以慢速旋轉。