專利名稱：一種光斑實時可調的定日鏡及其調節方法
技術領域：
本發明涉及塔式太陽能熱發電定日鏡領域，尤其涉及一種光斑實時可調的定日鏡及其調節方法。
背景技術：
目前，現有的太陽能熱發電系統主要有槽式、塔式和碟式三種基本類型。而塔式太陽能熱發電系統采用大量的定日鏡將太陽光聚集到吸熱塔上的吸熱器上，加熱工質，產生高溫高壓蒸汽，驅動汽輪機發電。其中定日鏡是塔式太陽能熱發電系統的重要組成部分，用于將分散的太陽輻射收集并投射到吸熱器上，從而實現塔式太陽能電站的光熱轉換。定日鏡是一種由鏡面、鏡架、跟蹤傳動機構及其控制系統等組成的聚光裝置，用于跟蹤接收并反射太陽光吸熱塔頂部的吸熱器上，是塔式太陽能熱發電電站的主要裝置之
o目前，定日鏡反射面的普遍形式主要有(I)單片平面或曲面反射面；(2)若干小面積平面組成大的平面或曲面反射面。對于第一種定日鏡形式，單片平面鏡通常尺寸較小，雖然制造成本較低，定日鏡安裝運輸方便，但對于大規模不規則塔式太陽能熱電站鏡場，需要數量龐大的定日鏡，加大了鏡場控制及調度難度，且定日鏡的清洗、維護難度較大。而單片曲面反射鏡，對于塔式太陽能電站而言，定日鏡焦距較大、曲率較小，因此對單片曲面反射鏡的熱彎模具精度及機械制造水平要求均較高，這無疑增加了定日鏡制造成本，增加了電站初期投資成本，限制了塔式熱發電的大規模發展。對于第二種定日鏡形式，由若干小面積平面鏡通過精密機械加工和拼接而成具有一定曲率的聚光凹鏡，其對機械工藝、批量制造質量、工程化安裝等都有較高要求。此類型定日鏡一旦安裝定型完成后，其鏡面曲率就不可再調，因此無法根據需要對光斑進行實時調節，聚焦靈活性不夠。在長期運行過程中定日鏡將不可避免地出現由于面形、機械結構變化、外界風壓等因素而導致聚焦精度下降的問題，導致其精度校正費時費力、單鏡維護成本較高。而若干小面積平面組成大面積平面反射面，雖然制造工藝、安裝難度稍低，但聚光效果不如曲面反射面。
發明內容
為了克服上述技術問題存在的缺陷，本發明提供一種光斑實時可調的定日鏡及其調節方法，通過調節各反射單元角度，改變其反射光路，得到滿足要求的反射光斑。本發明公開了以下技術方案一種光斑實時可調的定日鏡，包括若干個反射單元，各反射單位中心均設有中心轉軸，所述反射單元與所述中心轉軸轉動連接，所述中心轉軸帶動所述反射單元進行角度調節。較佳地，所述的定日鏡，其反射單元為平面鏡或曲面鏡。較佳地，所述的定日鏡，其反射單元由若干個平面鏡或曲面鏡組成。較佳地，所述的定日鏡，其平面鏡或曲面鏡位于同一平面或按一定方式拼接排列成曲面。 較佳地，所述的定日鏡，其反射單元為多邊形。較佳地，所述的定日鏡，其反射單元之間設有適當間隙。較佳地，所述的新型定日鏡，其各反射單元的中心點位于同一平面內。一種光斑實時可調的定日鏡調節方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟SI :已知某一時刻的太陽高度角、方位角、鏡場中定日鏡中心點坐標，及吸熱器目標點位置，根據反射定律計算出定日鏡實現準確投射目標位置的整體姿態角；S2:根據定日鏡接收姿態角命令后的運轉情況，確定定日鏡轉動后各反射單元中心點坐標； S3 :根據S2所得各反射單元中心點坐標計算各反射單元中心點投射到吸熱器上的點的坐標，并計算其到定日鏡中心點投射在吸熱器上的點之間的距離；S4 :以S3所得反射單元中心點在吸熱器上的投射點到目標位置的距離為依據，調節反射單元角度，改變光斑形狀和大小，從而得到滿足聚光要求的光斑。較佳地，所述光斑實時可調的定日鏡調節方法，其S4中可對任意個反射單元的角度進行調節。較佳地，所述光斑實時可調的定日鏡調節方法，其整體姿態角包括高度角和方位角。本發明的有益效果是(I)通過調節定日鏡各反射單元角度，可得到滿足形狀、大小、聚光質量等要求的光斑，具有較強的適應性。(2)定日鏡在長期運行過程中將不可避免地出現由于面形、機械結構變化等因素而導致聚焦精度下降的問題，而利用本發明所提供的定日鏡，對反射單元角度進行簡單調整，即可實現重新得到所需光斑，因此可有效降低單鏡維護成本、提高聚光精度。(3)可根據需要在任一時刻發送不同的指令改變各反射單元轉動的角度，實現光斑的實時調節，聚焦靈活性強。
圖I為本發明實施例所述定日鏡反射單元形式I結構示意圖；圖2為本發明實施例所述定日鏡反射單元I側視圖；圖3為本發明實施例所述定日鏡反射單元角度調整前后光路示意圖；圖4為本發明實施例所述定日鏡反射單元形式II結構示意圖；圖5為本發明實施例所述定日鏡反射單元形式III結構示意圖；圖6為本發明實施例所述定日鏡反射單元形式IV結構示意圖。
具體實施例方式下方結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述如圖I，一種光斑實時可調的定日鏡，包括若干個反射單元，本實施例中反射單元為四邊形，具體實施時還可以為如圖4、圖5、圖6形式的反射單元形式，但不限于此，各反射單位還可以為其他多邊形；所述反射單元中心均設有中心轉軸(圖中未顯示)，所述反射單元與所述中心轉軸轉動連接，所述中心轉軸帶動所述反射單元進行角度調節；為減小定日鏡風抗及反射單元間的陰影遮擋，所述反射單元之間設有適當間隙。如圖1，本實施例中，每個反射單元由若干輪廓、尺寸相同的平面鏡或曲面鏡組成，但不限于此，具體實施時也可根據需要采用不同輪廓、尺寸的平面鏡或曲面鏡；圖I所示定日鏡包括“1”、“2”、“3”、“4”、“5”五個反射單元，具體實施時反射單元數量不受限制；所述五個反射單元中心點分別為O、A、B、C、D，每個反射單元的中心點在同一平面上，其中A、O、B在同一直線上，C、0、D在同一直線上，“ 1”、“2”、“3”、“4”4個反射單元可以分別可繞其中心軸a、b、C、d旋轉。反射單元角度改變，則各反射單元的反射光路改變，其中心點在吸熱器上的投射位置隨之改變，由此光斑形狀及大小發生相應變化，實現光斑調節。值得注意的是，在進行光斑調節時，可對任意個反射單元的角度進行調節，而當“1”、“2”、“3”、“4”四個反射單元同時繞其中心軸旋轉一定角度時，光斑形狀及大小的變化效果更加明顯。圖2為反射單元I的側視圖，由側視圖可見，組成該反射單元的平面鏡不在同一平 面上，該設計可達到更好的聚光效果，但不限于此，具體實施時也可根據實際將組成反射單元的平面鏡或曲面鏡設于同一平面。反射單元角度調整前后反射光路及光斑形狀的改變如圖3所示，其為左視圖，圖中虛線表示定日鏡反射單元角度未調整前的反射光路，實線表示反射單元角度調整后的反射光路。以下對定日鏡光斑調節方法作進一步說明SI :已知某一時刻的太陽高度角At、方位角Az、鏡場中定日鏡中心點0的坐標(x。，y。，z。)，根據反射定律計算定日鏡中心點0 (X0, y。，z。)投射至吸熱器目標位置0’(x。’, y0', Z0')點處定日鏡的高度角At_m和方位角Az_m。通過定日鏡中心點0坐標(x。，y。，z0)及吸熱器上0’點坐標(x。’，y，z。’)，計算得到反射向量ray out = ((xo -xo \(yo -yo')) = (my — (rnf — x,ray — unt — y,ray — out—z)，歸一化，得
(x -x ’)
權利要求
1.一種光斑實時可調的定日鏡，其特征在于，包括若干個反射單元，各反射單位中心均設有中心轉軸，所述反射單元與所述中心轉軸轉動連接，所述中心轉軸帶動所述反射單元進行角度調節。
2.根據權利要求I所述的定日鏡，其特征在于，所述反射單元為平面鏡或曲面鏡。
3.根據權利要求I所述的定日鏡，其特征在于，所述反射單元由若干個平面鏡或曲面鏡組成。
4.根據權利要求3所述的定日鏡，其特征在于，所述平面鏡或曲面鏡位于同一平面或按一定方式拼接排列成曲面。
5.根據權利要求I所述的定日鏡，其特征在于，所述反射單元為多邊形。
6.根據權利要求I所述的定日鏡，其特征在于，所述反射單元之間設有適當間隙。
7.根據權利要求I所述的定日鏡，其特征在于，各反射單元的中心點位于同一平面內。
8.一種光斑實時可調的定日鏡調節方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 51:已知某一時刻的太陽高度角、方位角、鏡場中定日鏡中心點坐標，及吸熱器目標點位置，根據反射定律計算出定日鏡實現準確投射目標位置的整體姿態角； 52:根據定日鏡接收姿態角命令后的運轉情況，確定定日鏡轉動后各反射單元中心點坐標； 53:根據S2所得各反射單元中心點坐標計算各反射單元中心點投射到吸熱器上的點的坐標，并計算其到定日鏡中心點投射在吸熱器上的點之間的距離； 54:以S3所得反射單元中心點在吸熱器上的投射點到目標位置的距離為依據，調節反射單元角度，改變光斑形狀和大小，從而得到滿足聚光要求的光斑。
9.根據權利要求8所述光斑實時可調的定日鏡調節方法，其特征在于，所述S4中可對任意個反射單元的角度進行調節。
10.根據權利要求8所述光斑實時可調的定日鏡調節方法，其特征在于，所述整體姿態角包括高度角和方位角。
全文摘要
本發明公開一種光斑實時可調的定日鏡，包括若干個反射單元，各反射單位中心均設有中心轉軸，所述反射單元與所述中心轉軸轉動連接，所述中心轉軸帶動所述反射單元進行角度調節；反射單元由若干個平面鏡或曲面鏡組成；平面鏡或曲面鏡位于同一平面或按一定方式拼接排列成曲面；所述反射單元為多邊形；所述反射單元之間設有適當間隙；各反射單元的中心點位于同一平面內；通過調節定日鏡各反射單元角度，可得到滿足形狀、大小、聚光質量等要求的光斑，具有較強的適應性。同時本發明還提供一種光斑實時可調的定日鏡調節方法，可根據需要在任一時刻發送不同的指令改變各反射單元轉動的角度，實現光斑的實時調節，聚焦靈活性強。
文檔編號G05D3/12GK102830715SQ20121029457
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者付杰, 沈煥波, 黃文君 申請人:浙江中控太陽能技術有限公司