[發明專利]一種用于太陽能采集區域的云遮預判裝置與方法

在審

• 申請號: 201710820563.9
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107621664A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 姚志豪;袁彪
• 申請（專利權）人: 首航節能光熱技術股份有限公司
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及太陽能利用領域，特別涉及一種用于太陽能采集區域的云遮預判裝置與方法。

背景技術

在綠色減排已經成為大勢所趨的今天，太陽能作為一種清潔、無污染、取之不盡用之不竭的綠色能源已經被人們廣泛利用，成為新能源的主流。目前分布廣泛的光伏發電、正在迅速崛起的太陽能熱利用都是太陽能利用的典型方式。

太陽光資源是影響太陽能利用效率的重要因素，而云層遮蔽對太陽光資源有著十分嚴重的影響。對云遮情況進行預判，對提高太陽能利用效率能夠起到很大的作用。

以太陽能熱利用中的塔式太陽能熱發電為例：塔式太陽能熱發電需要將太陽光聚焦到中央高塔上的集熱器來進行集熱發電；若發生云層遮蔽將會導致集熱器所接收的能量驟降驟升，熱應力的突然變化會對集熱器腔體形成破壞，甚至造成集熱器破裂；若能預測云層遮蔽，技術人員就能提前采取保護措施，從而顯著延長集熱器的使用壽命，保障發電系統輸出的穩定性。

目前云層監測的主要手段包括人工觀測、云影探測和測云雷達。人工探測的準確度與觀測人員的技能和經驗有關，且在復雜云況下難以做到準確預測。云影探測和測云雷達的實施成本較高。近年來，基于圖像處理的云層監測技術受到廣泛關注，包括：基于衛星成像的云層圖像識別、基于地面成像的全天空圖像處理。基于衛星成像的云層圖像識別需要依賴衛星提供數據，實施成本高、圖像采集和處理過程復雜、拍攝周期長。全天空成像處理原本應用于氣象觀測，用于云遮預判時具有圖像像素較低、太陽附近區域觀測效果較差的缺陷。

在參考文獻1“基于云層圖像的塔式太陽能熱發電能量預測方法；太陽能學報第36卷第11期；李德文、宓霄凌、黃文君、張鵬、田軍”中，李德文等人提出了云層遮擋判定的方法。該方法在實現云層遮擋判定時基于太陽光線方向、太陽投射角度、鏡場區域形狀、云層高度等信息實現鏡場平面在相機成像平面的投影，然后通過云層位置在當前或未來某一時刻是否在鏡場區域投影的內部來判斷云層遮蔽情況。這一方法在理論上十分完善，但在實際操作中有以下缺陷：1、在該方法中必須要用到云層高度這一數據，而用于測量云層高度的裝置價格較為昂貴，這就增加了成本；2、在實際測量時，云是實時、經常性變化的，由于被測量對象本身的易變性，使得該方法即使采用昂貴設備對云做精確測量，根據該精確測量結果也很難精確預測出幾分鐘后云遮的具體情況，即參考文獻1中所描述的現有方法測量成本高但預測效果卻并不明顯。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的云遮預測設備成本高昂而預測效果并不明顯的缺陷，從而提供一種成本低、具有較高性價比的預測設備。

為了實現上述目的，本發明提供了一種用于太陽能采集區域的云遮預判裝置，包括：保護罩1、云臺2、控制中心，以及相機；其中，所述云臺2上安裝有相機與保護罩1，所述相機位于保護罩1的內部，所述相機與所述云臺2分別與控制中心通過數據線連接；

所述控制中心能夠對所述云臺2進行控制，使所述云臺2不斷調整方位和俯仰角；還能夠對相機所采集的圖像進行分析，得到云遮預判的結果。

上述技術方案中，還包括一立柱，所述云臺2放置在該立柱上。

上述技術方案中，所述保護罩1成喇叭形，上端直徑大、下端直徑小，所述保護罩1的頂端面采用透光材料制成，其側面采用不透光材料制成。

上述技術方案中，所述相機位于所述保護罩1內部，所述相機的鏡頭面向所述保護罩1的頂端面，使得相機的鏡頭能夠捕捉到外部入射的太陽光。

上述技術方案中，所述保護罩1頂端面的中心位置處附著遮光片6。

上述技術方案中，所述控制中心在做云遮預判時，首先對相機所拍攝的圖像進行處理，包括降噪，云層邊緣檢測；然后以所拍攝圖像中的太陽所在位置為中心，相隔一定的圓周角度將該圖像切割成多個部分，判斷每一個部分的云的運動情況；最后，綜合各個部分的云的運動情況，對圖像做云層運動檢測，得到云層預計遮擋太陽的起始時間、結束時間在內的信息。

本發明還提供了基于所述的用于太陽能采集區域的云遮預判裝置所實現的云遮預判方法，包括：

步驟1)、跟蹤太陽運行軌跡，對太陽附近的天空圖像做連續采集；

步驟2)、對步驟1)所采集的多幀圖像進行處理，包括降噪，云層邊緣檢測；

步驟3)、以步驟2)所得到圖像中的太陽所在位置為中心，相隔一定的圓周角度將該圖像切割成多個部分，判斷每一個部分的云的運動情況；

步驟4)、綜合各個部分的云的運動情況，對圖像做云層運動檢測，得到云層預計遮擋太陽的起始時間、結束時間在內的信息。