專利名稱：一種控制定日鏡陣列同步跟蹤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)、太陽能塔式集熱系統(tǒng)中，眾多定日鏡同步跟蹤的控制方法。
背景技術(shù)：
目前，定日鏡由平面反射鏡、鏡架、跟蹤機構(gòu)及控制系統(tǒng)4部分組成，定日鏡技術(shù)是塔式太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，可實現(xiàn)塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、塔式太陽能熱鍋爐、塔式太陽能熱蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)，實現(xiàn)高溫太陽能的熱利用。
定日鏡的作用是將入射的太陽光反射到固定目標，眾多臺定日鏡組成定日鏡陣列，將太陽光反射到固定目標上獲得聚焦的太陽能。由于太陽的相對運動，需要控制定日鏡跟蹤。目前，控制定日鏡跟蹤的方法有2種，一種方法是程序軌跡法將1回歸年的每一天、定日鏡安裝地點的經(jīng)緯度、每臺定日鏡安裝在集熱塔的方向和距離編程輸入計算機，由計算機構(gòu)成的控制系統(tǒng)控制定日鏡跟蹤。另一種方法是瞄準法采用太陽光跟蹤反射光、定位準直專利技術(shù)(專利號02148415.5)構(gòu)成的控制系統(tǒng)控制定日鏡跟蹤。這2種控制定日鏡跟蹤方法，在每臺定日鏡，都裝有高精度的跟蹤控制系統(tǒng)，造價高，耗電大，每臺定日鏡的跟蹤程序都不一樣，需單臺調(diào)試跟蹤，對于有眾多臺定日鏡的定日鏡陣列調(diào)試復雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低定日鏡的造價、減少耗電、簡化調(diào)試。本發(fā)明提供了一種控制定日鏡陣列同步跟蹤的方法，該方法不僅去掉了定日鏡上的高精度跟蹤控制系統(tǒng)，在定日鏡的單機上只有平面反射鏡、鏡架、由機械減速器和驅(qū)動微電機構(gòu)成跟蹤機構(gòu)3部分組成，而且只用一臺精密太陽跟蹤器來控制定日鏡陣列的跟蹤。該方法使定日鏡陣列具有跟蹤精度高、定日鏡的結(jié)構(gòu)簡單、造價低、工作可靠。定日鏡的驅(qū)動微電機采用總線供電，安裝調(diào)試方便，便于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明是間接控制法，所采用的技術(shù)方法是將我設(shè)計的專利技術(shù)光源跟蹤探測器(專利號ZL 98 122130.0)安裝在機械結(jié)構(gòu)同我設(shè)計的專利技術(shù)精密跟蹤太陽能發(fā)電裝置(專利號200320106570.6)的機架上，構(gòu)成精密太陽跟蹤器。該精密太陽跟蹤器的驅(qū)動微電機和定日鏡陣列中的定日鏡的驅(qū)動微電機采用相同的同步微電機，同步微電機用同頻率f的電源驅(qū)動，全部同步微電機同時運轉(zhuǎn)和停止。只要設(shè)計成精密太陽跟蹤器的機械減速器的減速比為1∶N；定日鏡的機械減速器的減速比為1∶2N，使精密太陽跟蹤器的跟蹤角速度ω是定日鏡的跟蹤角速度Ω的2倍，即ω＝2Ω。
只要精密太陽跟蹤器精確的跟蹤太陽，定日鏡陣列中的全部定日鏡也跟隨精密太陽跟蹤器精確的跟蹤太陽的偏離，使全部定日鏡的反射光指向固定目標—集熱器。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1是證明本發(fā)明的光學原理圖。
圖2是實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施示意圖。
圖3是跟蹤控制過程曲線。
圖4是實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施方法之一。
圖5是實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施方法之二。
圖6是定日鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是圖6的左視圖。
圖8是精密太陽跟蹤器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是圖8的左視圖。
圖10是調(diào)試定日鏡跟蹤起步示意圖。
在圖中1.是定日鏡的平面反射鏡位置1，2.是定日鏡的平面反射鏡位置2，3.是太陽入射光位置1，4.是太陽入射光位置2，5.是定日鏡的平面反射鏡法線位置1，6.是定日鏡的平面反射鏡法線位置2，7.是反射光的位置，8.是定日鏡平面反射鏡的旋轉(zhuǎn)支撐，9.是精密太陽跟蹤器，10.是固定目標—集熱器，11.是光源跟蹤探測器，12.是仰角跟蹤機械減速器減速比為1∶N，13.是方位角跟蹤機械減速器減速比為1∶N，14.是驅(qū)動同步微電機，15.是仰角跟蹤機械減速器減速比為1∶2N，16.是方位角跟蹤機械減速器減速比為1∶2N，17.是精密太陽跟蹤器的控制器，18.是給精密太陽跟蹤器和定日鏡供電用太陽能電池板，19.是給同步微電機供電的逆變電源，20.是仰角跟蹤控制繼電器，21.是方位角跟蹤控制繼電器，22.是仰角跟蹤控制繼電器轉(zhuǎn)換觸點，23.是方位角跟蹤控制繼電器轉(zhuǎn)換觸點，24.是同步微電機的供電總線，25.是定日鏡的平面反射鏡，26.是供電逆變電源的2分頻器，27.是另一仰角跟蹤控制繼電器轉(zhuǎn)換觸點，28.是另一方位角跟蹤控制繼電器轉(zhuǎn)換觸點，29.是同步微電機的工作曲線，30.是跟蹤誤差修正曲線，31.是定日鏡的機架，32.是精密太陽跟蹤器的機架，33.是定日鏡的鏡架，34.是精密太陽跟蹤器的太陽能電池板支架，35.是調(diào)試用的經(jīng)緯儀，36.是調(diào)試用的與經(jīng)緯儀光軸平行的細管，37.是安裝細管一端的光電池。
在圖1證明本發(fā)明的光學原理圖中，用平行于入射光和反射光的平面，在定日鏡的轉(zhuǎn)動中心點剖切得到圖1?！夕?是定日鏡的平面反射鏡位置1和位置2的夾角，∠β.是太陽入射光位置1和位置2夾角，∠γ.是太陽入射光位置1和反射光7的夾角，∠λ.是太陽入射光位置2和反射光7的夾角，∠γ′.是定日鏡的平面反射鏡法線位置1和反射光7的夾角，∠λ′.是定日鏡的平面反射鏡法線位置2和反射光7的夾角，∠Δ.是定日鏡的平面反射鏡法線位置1和2的夾角。
當太陽入射光位置1照射在定日鏡的平面反射鏡上，定日鏡的平面反射鏡在位置1，定日鏡的平面反射鏡法線在位置1。由于太陽的相對運動，太陽入射光位置2照射在定日鏡的平面反射鏡上，要使反射光7的位置不變，定日鏡的平面反射鏡由位置1轉(zhuǎn)到位置2，相應(yīng)定日鏡的平面反射鏡法線由位置1轉(zhuǎn)到位置2。
由線性光學的原理得到∠β＝∠γ-∠λ；∠β/2＝(∠γ-∠λ)/2＝∠γ/2-∠λ/2；∠γ/2＝∠γ′；∠λ/2＝∠λ′∠α＝∠Δ＝∠γ′-∠λ′＝∠γ/2-∠λ/2＝(∠γ-∠λ)/2；∠α＝∠β/2。
在圖1中，在同一時間t，太陽入射光從位置1到位置2旋轉(zhuǎn)了∠β，定日鏡的平面反射鏡從位置1到位置2旋轉(zhuǎn)了∠α。由于在本發(fā)明中使用精密太陽跟蹤器精確的跟蹤太陽入射光旋轉(zhuǎn)，因此精密太陽跟蹤器也旋轉(zhuǎn)了∠β，精密太陽跟蹤器的角速度ω＝∠β/t；同理，定日鏡的角速度Ω＝∠α/t。
由于∠α＝∠β/2；ω＝∠β/t＝2∠α/t；Ω＝∠α/t；得到ω＝2Ω。
因此證明了只要精密太陽跟蹤器精確的跟蹤太陽，并且ω＝2Ω，定日鏡矩陣中的全部定日鏡也跟隨精密太陽跟蹤器精確的跟蹤太陽的偏離，使全部定日鏡的反射光指向固定目標—集熱器。
具體實施例方式
在圖2實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施示意圖中，精密太陽跟蹤器9工作于精確的跟蹤太陽的狀態(tài)，并控制定日鏡矩陣中的每臺定日鏡的跟蹤驅(qū)動電機。由于太陽的相對運動，當太陽入射光產(chǎn)生偏離誤差超過允許值時，精密太陽跟蹤器9啟動自身和定日鏡矩陣中每臺定日鏡的跟蹤驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，修正太陽入射光的偏離誤差，當太陽入射光的偏離誤差消除后，精密太陽跟蹤器關(guān)閉自身和定日鏡陣列中每臺定日鏡的跟蹤驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，完成一個控制周期。當下一次太陽入射光偏離誤差產(chǎn)生時，重復以上的控制過程，實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤。
圖3是跟蹤控制過程曲線，在同步微電機的工作曲線29中，U表示電機轉(zhuǎn)動，0表示電機停止，t表示時間。在跟蹤誤差修正曲線30中，Δβ表示入射光偏離誤差，t表示時間。在t2時間，入射光偏離誤差逐漸增大，當偏離誤差超過允許值時，電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)t1時間，偏離誤差修正為0，T是一個跟蹤控制周期。
在圖4實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施方法之一中，光源跟蹤探測器11、減速比為1∶N的仰角跟蹤機械減速器12、減速比為1∶N的方位角跟蹤機械減速器13、同步微電機14和精密太陽跟蹤器的控制器17構(gòu)成精密太陽跟蹤器9。同步微電機14驅(qū)動仰角跟蹤機械減速器12，再由減速器12帶動光源跟蹤探測器11做仰角方向轉(zhuǎn)動；同步微電機14驅(qū)動方位角跟蹤機械減速器13，再由減速器13帶動光源跟蹤探測器11做方位角方向轉(zhuǎn)動。
定日鏡的平面反射鏡25、減速比為1∶2N仰角跟蹤機械15、減速比為1∶2N方位角跟蹤機械減速器16和同步微電機14構(gòu)成定日鏡。同步微電機14驅(qū)動仰角跟蹤機械減速器15，再由減速器15帶動定日鏡的平面反射鏡25做仰角方向轉(zhuǎn)動；同步微電機14驅(qū)動方位角跟蹤機械減速器16，再由減速器16帶動定日鏡的平面反射鏡25做方位角方向轉(zhuǎn)動。
太陽能電池板18、同步微電機供電的逆變電源19和同步微電機的供電總線24構(gòu)成精密太陽跟蹤器的控制器17和同步微電機14的電源系統(tǒng)?？刂破?7控制仰角跟蹤控制繼電器20及轉(zhuǎn)換觸點22、方位角跟蹤控制繼電器21及轉(zhuǎn)換觸點23做相應(yīng)的開關(guān)動作，控制同步微電機14的正傳、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，完成跟蹤功能。在定日鏡矩陣中的全部定日鏡的同步微電機相應(yīng)并聯(lián)在供電總線24上，同步正傳、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)定日鏡矩陣的同步跟蹤。
在圖5實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施方法之二中，定日鏡用的跟蹤機械減速器和精密太陽跟蹤器的用的跟蹤機械減速器相同，都是減速比為1∶N的仰角跟蹤機械減速器12和方位角跟蹤機械減速器13。不同的是，用逆變電源19給精密太陽跟蹤器的同步微電機供電，將逆變電源19的供電輸出，再用2分頻器26分頻后，給定日鏡的同步微電機供電。用繼電器20和21的轉(zhuǎn)換觸點22和23控制精密太陽跟蹤器的同步微電機，用繼電器20和21的另外的同步轉(zhuǎn)換觸點27和28控制并聯(lián)在供電總線24上定日鏡的同步微電機。可得到與圖3實現(xiàn)控制定日鏡陣列同步跟蹤實施方法之一相同結(jié)果。
在圖6是定日鏡的結(jié)構(gòu)示意圖中，定日鏡的平面反射鏡25安裝在定日鏡的鏡架33上，反射鏡25和鏡架33安裝在仰角跟蹤機械減速器15上，仰角跟蹤機械減速器15帶動反射鏡25和鏡架33做仰角方向的往復動作。仰角跟蹤機械減速器15安裝在機架31上，機架31安裝在方位角跟蹤機械減速器16上，方位角跟蹤機械減速器16帶動機架31、仰角跟蹤機械減速器15、鏡架33和反射鏡25做方位方向的往復動作。圖7是圖6的左視圖。在仰角跟蹤機械減速器15和方位角跟蹤機械減速器16內(nèi)部裝有驅(qū)動用的同步微電機14。
在圖8是精密太陽跟蹤器的結(jié)構(gòu)示意圖中，太陽能電池板18、光源跟蹤探測器11和跟蹤控制器17安裝在支架34上，支架34安裝在仰角跟蹤機械減速器12上，仰角跟蹤機械減速器12帶動支架34、跟蹤控制器17、光源跟蹤探測器11和太陽能電池板18做仰角方向的往復動作。仰角跟蹤機械減速器12安裝在機架32上，機架32安裝在方位角跟蹤機械減速器13上，方位角跟蹤機械減速器13帶動機架32、仰角跟蹤機械減速器12、支架34、跟蹤控制器17、光源跟蹤探測器11和太陽能電池板18做方位方向的往復動作。圖9是圖8的左視圖。在仰角跟蹤機械減速器12和方位角跟蹤機械減速器13內(nèi)部裝有驅(qū)動用的同步微電機14。
定日鏡陣列中的每臺定日鏡，在第一運行時需要同步跟蹤起步調(diào)試，調(diào)試前精密太陽跟蹤器9正常工作精確的跟蹤太陽，在供電總線24有驅(qū)動同步微電機14的同步跟蹤電功率輸出。在圖10是調(diào)試定日鏡跟蹤起步示意圖中，在調(diào)試用的經(jīng)緯儀35的望遠鏡上安裝一個與經(jīng)緯儀光軸平行的細管36，細管36隨經(jīng)緯儀光軸的動作而動作，在細管36的一端安裝一支光電池37。調(diào)試前被調(diào)定日鏡的驅(qū)動同步微電機14不接入供電總線24，將經(jīng)緯儀35架設(shè)在定日鏡前，調(diào)整經(jīng)緯儀使其對準固定目標—集熱器10，用一個單獨調(diào)試用電源驅(qū)動同步微電機14調(diào)整被調(diào)定日鏡，使反射光7射入細管36的另一端，在細管36一端的光電池37產(chǎn)生電流，用電流表檢測。當電流表檢測到光電池37產(chǎn)生電流時，斷開調(diào)試電源。測量供電總線24的電壓，在t1結(jié)束時刻接入被調(diào)定日鏡的驅(qū)動同步微電機14到供電總線24，實現(xiàn)同步跟蹤。
權(quán)利要求
1.一種控制定日鏡陣列同步跟蹤的方法，用太陽跟蹤器跟蹤太陽，并控制陣列中全部定日鏡的跟蹤，太陽跟蹤器和定日鏡的驅(qū)動電機采用相同的同步微電機，太陽跟蹤器和陣列中全部定日鏡的同步微電機同時運轉(zhuǎn)和停止，其特征是同步微電機用同頻率f的電源驅(qū)動，太陽跟蹤器的減速器的減速比為1∶N；定日鏡的減速器的減速比為1∶2N，太陽跟蹤器的跟蹤角速度ω是定日鏡的跟蹤角速度Ω的2倍，即ω＝2Ω。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制定日鏡陣列同步跟蹤的方法，其特征是定日鏡的減速器和太陽跟蹤器的減速器相同，減速比為1∶N，太陽跟蹤器的同步微電機用頻率為f的電源驅(qū)動，定日鏡的同步微電機用頻率為1/2f的電源驅(qū)動，太陽跟蹤器的跟蹤角速度ω是定日鏡的跟蹤角速度Ω的2倍，即ω＝2Ω。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種控制太陽能塔式熱發(fā)電、集熱系統(tǒng)中定日鏡陣列同步跟蹤的方法，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該方法是用太陽跟蹤器跟蹤太陽，太陽跟蹤器和定日鏡的驅(qū)動電機采用相同的同步微電機，同步微電機用同頻率的電源驅(qū)動，同步微電機同時運轉(zhuǎn)和停止。太陽跟蹤器的減速器的減速比為1∶N；定日鏡的減速器的減速比為1∶2N。只要太陽跟蹤器跟蹤太陽，陣列中全部定日鏡跟隨跟蹤太陽偏離，將反射光指向固定目標。本發(fā)明去掉了定日鏡上的跟蹤控制系統(tǒng)，使定日鏡結(jié)構(gòu)簡單造價低耗電少工作可靠。本發(fā)明只用一臺太陽跟蹤器來控制定日鏡陣列的跟蹤，定日鏡的驅(qū)動微電機采用總線供電，具有跟蹤精度高、簡化調(diào)試、安裝方便，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號F24J2/38GK1854639SQ200510043299
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者孫迎光 申請人:孫迎光