专利名称：一种控制定日镜阵列同步跟踪的方法
技术领域：
本发明属于太阳能应用领域，具体涉及太阳能塔式热发电系统、太阳能塔式集热系统中，众多定日镜同步跟踪的控制方法。
背景技术：
目前，定日镜由平面反射镜、镜架、跟踪机构及控制系统4部分组成，定日镜技术是塔式太阳能热利用系统的关键技术，可实现塔式太阳能热发电系统、塔式太阳能热锅炉、塔式太阳能热蒸发海水淡化系统，实现高温太阳能的热利用。
定日镜的作用是将入射的太阳光反射到固定目标，众多台定日镜组成定日镜阵列，将太阳光反射到固定目标上获得聚焦的太阳能。由于太阳的相对运动，需要控制定日镜跟踪。目前，控制定日镜跟踪的方法有2种，一种方法是程序轨迹法将1回归年的每一天、定日镜安装地点的经纬度、每台定日镜安装在集热塔的方向和距离编程输入计算机，由计算机构成的控制系统控制定日镜跟踪。另一种方法是瞄准法采用太阳光跟踪反射光、定位准直专利技术(专利号02148415.5)构成的控制系统控制定日镜跟踪。这2种控制定日镜跟踪方法，在每台定日镜，都装有高精度的跟踪控制系统，造价高，耗电大，每台定日镜的跟踪程序都不一样，需单台调试跟踪，对于有众多台定日镜的定日镜阵列调试复杂。
发明内容
为了降低定日镜的造价、减少耗电、简化调试。本发明提供了一种控制定日镜阵列同步跟踪的方法，该方法不仅去掉了定日镜上的高精度跟踪控制系统，在定日镜的单机上只有平面反射镜、镜架、由机械减速器和驱动微电机构成跟踪机构3部分组成，而且只用一台精密太阳跟踪器来控制定日镜阵列的跟踪。该方法使定日镜阵列具有跟踪精度高、定日镜的结构简单、造价低、工作可靠。定日镜的驱动微电机采用总线供电，安装调试方便，便于推广应用。
本发明是间接控制法，所采用的技术方法是将我设计的专利技术光源跟踪探测器(专利号ZL 98 122130.0)安装在机械结构同我设计的专利技术精密跟踪太阳能发电装置(专利号200320106570.6)的机架上，构成精密太阳跟踪器。该精密太阳跟踪器的驱动微电机和定日镜阵列中的定日镜的驱动微电机采用相同的同步微电机，同步微电机用同频率f的电源驱动，全部同步微电机同时运转和停止。只要设计成精密太阳跟踪器的机械减速器的减速比为1∶N；定日镜的机械减速器的减速比为1∶2N，使精密太阳跟踪器的跟踪角速度ω是定日镜的跟踪角速度Ω的2倍，即ω＝2Ω。
只要精密太阳跟踪器精确的跟踪太阳，定日镜阵列中的全部定日镜也跟随精密太阳跟踪器精确的跟踪太阳的偏离，使全部定日镜的反射光指向固定目标—集热器。
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是证明本发明的光学原理图。
图2是实现控制定日镜阵列同步跟踪实施示意图。
图3是跟踪控制过程曲线。
图4是实现控制定日镜阵列同步跟踪实施方法之一。
图5是实现控制定日镜阵列同步跟踪实施方法之二。
图6是定日镜的结构示意图。
图7是图6的左视图。
图8是精密太阳跟踪器的结构示意图。
图9是图8的左视图。
图10是调试定日镜跟踪起步示意图。
在图中1.是定日镜的平面反射镜位置1，2.是定日镜的平面反射镜位置2，3.是太阳入射光位置1，4.是太阳入射光位置2，5.是定日镜的平面反射镜法线位置1，6.是定日镜的平面反射镜法线位置2，7.是反射光的位置，8.是定日镜平面反射镜的旋转支撑，9.是精密太阳跟踪器，10.是固定目标—集热器，11.是光源跟踪探测器，12.是仰角跟踪机械减速器减速比为1∶N，13.是方位角跟踪机械减速器减速比为1∶N，14.是驱动同步微电机，15.是仰角跟踪机械减速器减速比为1∶2N，16.是方位角跟踪机械减速器减速比为1∶2N，17.是精密太阳跟踪器的控制器，18.是给精密太阳跟踪器和定日镜供电用太阳能电池板，19.是给同步微电机供电的逆变电源，20.是仰角跟踪控制继电器，21.是方位角跟踪控制继电器，22.是仰角跟踪控制继电器转换触点，23.是方位角跟踪控制继电器转换触点，24.是同步微电机的供电总线，25.是定日镜的平面反射镜，26.是供电逆变电源的2分频器，27.是另一仰角跟踪控制继电器转换触点，28.是另一方位角跟踪控制继电器转换触点，29.是同步微电机的工作曲线，30.是跟踪误差修正曲线，31.是定日镜的机架，32.是精密太阳跟踪器的机架，33.是定日镜的镜架，34.是精密太阳跟踪器的太阳能电池板支架，35.是调试用的经纬仪，36.是调试用的与经纬仪光轴平行的细管，37.是安装细管一端的光电池。
在图1证明本发明的光学原理图中，用平行于入射光和反射光的平面，在定日镜的转动中心点剖切得到图1。∠α.是定日镜的平面反射镜位置1和位置2的夹角，∠β.是太阳入射光位置1和位置2夹角，∠γ.是太阳入射光位置1和反射光7的夹角，∠λ.是太阳入射光位置2和反射光7的夹角，∠γ′.是定日镜的平面反射镜法线位置1和反射光7的夹角，∠λ′.是定日镜的平面反射镜法线位置2和反射光7的夹角，∠Δ.是定日镜的平面反射镜法线位置1和2的夹角。
当太阳入射光位置1照射在定日镜的平面反射镜上，定日镜的平面反射镜在位置1，定日镜的平面反射镜法线在位置1。由于太阳的相对运动，太阳入射光位置2照射在定日镜的平面反射镜上，要使反射光7的位置不变，定日镜的平面反射镜由位置1转到位置2，相应定日镜的平面反射镜法线由位置1转到位置2。
由线性光学的原理得到∠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。
在图1中，在同一时间t，太阳入射光从位置1到位置2旋转了∠β，定日镜的平面反射镜从位置1到位置2旋转了∠α。由于在本发明中使用精密太阳跟踪器精确的跟踪太阳入射光旋转，因此精密太阳跟踪器也旋转了∠β，精密太阳跟踪器的角速度ω＝∠β/t；同理，定日镜的角速度Ω＝∠α/t。
由于∠α＝∠β/2；ω＝∠β/t＝2∠α/t；Ω＝∠α/t；得到ω＝2Ω。
因此证明了只要精密太阳跟踪器精确的跟踪太阳，并且ω＝2Ω，定日镜矩阵中的全部定日镜也跟随精密太阳跟踪器精确的跟踪太阳的偏离，使全部定日镜的反射光指向固定目标—集热器。
具体实施例方式
在图2实现控制定日镜阵列同步跟踪实施示意图中，精密太阳跟踪器9工作于精确的跟踪太阳的状态，并控制定日镜矩阵中的每台定日镜的跟踪驱动电机。由于太阳的相对运动，当太阳入射光产生偏离误差超过允许值时，精密太阳跟踪器9启动自身和定日镜矩阵中每台定日镜的跟踪驱动电机转动，修正太阳入射光的偏离误差，当太阳入射光的偏离误差消除后，精密太阳跟踪器关闭自身和定日镜阵列中每台定日镜的跟踪驱动电机停止转动，完成一个控制周期。当下一次太阳入射光偏离误差产生时，重复以上的控制过程，实现控制定日镜阵列同步跟踪。
图3是跟踪控制过程曲线，在同步微电机的工作曲线29中，U表示电机转动，0表示电机停止，t表示时间。在跟踪误差修正曲线30中，Δβ表示入射光偏离误差，t表示时间。在t2时间，入射光偏离误差逐渐增大，当偏离误差超过允许值时，电机转动，经t1时间，偏离误差修正为0，T是一个跟踪控制周期。
在图4实现控制定日镜阵列同步跟踪实施方法之一中，光源跟踪探测器11、减速比为1∶N的仰角跟踪机械减速器12、减速比为1∶N的方位角跟踪机械减速器13、同步微电机14和精密太阳跟踪器的控制器17构成精密太阳跟踪器9。同步微电机14驱动仰角跟踪机械减速器12，再由减速器12带动光源跟踪探测器11做仰角方向转动；同步微电机14驱动方位角跟踪机械减速器13，再由减速器13带动光源跟踪探测器11做方位角方向转动。
定日镜的平面反射镜25、减速比为1∶2N仰角跟踪机械15、减速比为1∶2N方位角跟踪机械减速器16和同步微电机14构成定日镜。同步微电机14驱动仰角跟踪机械减速器15，再由减速器15带动定日镜的平面反射镜25做仰角方向转动；同步微电机14驱动方位角跟踪机械减速器16，再由减速器16带动定日镜的平面反射镜25做方位角方向转动。
太阳能电池板18、同步微电机供电的逆变电源19和同步微电机的供电总线24构成精密太阳跟踪器的控制器17和同步微电机14的电源系统。控制器17控制仰角跟踪控制继电器20及转换触点22、方位角跟踪控制继电器21及转换触点23做相应的开关动作，控制同步微电机14的正传、反转和停转，完成跟踪功能。在定日镜矩阵中的全部定日镜的同步微电机相应并联在供电总线24上，同步正传、反转和停转，实现定日镜矩阵的同步跟踪。
在图5实现控制定日镜阵列同步跟踪实施方法之二中，定日镜用的跟踪机械减速器和精密太阳跟踪器的用的跟踪机械减速器相同，都是减速比为1∶N的仰角跟踪机械减速器12和方位角跟踪机械减速器13。不同的是，用逆变电源19给精密太阳跟踪器的同步微电机供电，将逆变电源19的供电输出，再用2分频器26分频后，给定日镜的同步微电机供电。用继电器20和21的转换触点22和23控制精密太阳跟踪器的同步微电机，用继电器20和21的另外的同步转换触点27和28控制并联在供电总线24上定日镜的同步微电机。可得到与图3实现控制定日镜阵列同步跟踪实施方法之一相同结果。
在图6是定日镜的结构示意图中，定日镜的平面反射镜25安装在定日镜的镜架33上，反射镜25和镜架33安装在仰角跟踪机械减速器15上，仰角跟踪机械减速器15带动反射镜25和镜架33做仰角方向的往复动作。仰角跟踪机械减速器15安装在机架31上，机架31安装在方位角跟踪机械减速器16上，方位角跟踪机械减速器16带动机架31、仰角跟踪机械减速器15、镜架33和反射镜25做方位方向的往复动作。图7是图6的左视图。在仰角跟踪机械减速器15和方位角跟踪机械减速器16内部装有驱动用的同步微电机14。
在图8是精密太阳跟踪器的结构示意图中，太阳能电池板18、光源跟踪探测器11和跟踪控制器17安装在支架34上，支架34安装在仰角跟踪机械减速器12上，仰角跟踪机械减速器12带动支架34、跟踪控制器17、光源跟踪探测器11和太阳能电池板18做仰角方向的往复动作。仰角跟踪机械减速器12安装在机架32上，机架32安装在方位角跟踪机械减速器13上，方位角跟踪机械减速器13带动机架32、仰角跟踪机械减速器12、支架34、跟踪控制器17、光源跟踪探测器11和太阳能电池板18做方位方向的往复动作。图9是图8的左视图。在仰角跟踪机械减速器12和方位角跟踪机械减速器13内部装有驱动用的同步微电机14。
定日镜阵列中的每台定日镜，在第一运行时需要同步跟踪起步调试，调试前精密太阳跟踪器9正常工作精确的跟踪太阳，在供电总线24有驱动同步微电机14的同步跟踪电功率输出。在图10是调试定日镜跟踪起步示意图中，在调试用的经纬仪35的望远镜上安装一个与经纬仪光轴平行的细管36，细管36随经纬仪光轴的动作而动作，在细管36的一端安装一支光电池37。调试前被调定日镜的驱动同步微电机14不接入供电总线24，将经纬仪35架设在定日镜前，调整经纬仪使其对准固定目标—集热器10，用一个单独调试用电源驱动同步微电机14调整被调定日镜，使反射光7射入细管36的另一端，在细管36一端的光电池37产生电流，用电流表检测。当电流表检测到光电池37产生电流时，断开调试电源。测量供电总线24的电压，在t1结束时刻接入被调定日镜的驱动同步微电机14到供电总线24，实现同步跟踪。
权利要求
1.一种控制定日镜阵列同步跟踪的方法，用太阳跟踪器跟踪太阳，并控制阵列中全部定日镜的跟踪，太阳跟踪器和定日镜的驱动电机采用相同的同步微电机，太阳跟踪器和阵列中全部定日镜的同步微电机同时运转和停止，其特征是同步微电机用同频率f的电源驱动，太阳跟踪器的减速器的减速比为1∶N；定日镜的减速器的减速比为1∶2N，太阳跟踪器的跟踪角速度ω是定日镜的跟踪角速度Ω的2倍，即ω＝2Ω。
2.根据权利要求1所述的控制定日镜阵列同步跟踪的方法，其特征是定日镜的减速器和太阳跟踪器的减速器相同，减速比为1∶N，太阳跟踪器的同步微电机用频率为f的电源驱动，定日镜的同步微电机用频率为1/2f的电源驱动，太阳跟踪器的跟踪角速度ω是定日镜的跟踪角速度Ω的2倍，即ω＝2Ω。
全文摘要
本发明提供了一种控制太阳能塔式热发电、集热系统中定日镜阵列同步跟踪的方法，属于太阳能应用技术领域。该方法是用太阳跟踪器跟踪太阳，太阳跟踪器和定日镜的驱动电机采用相同的同步微电机，同步微电机用同频率的电源驱动，同步微电机同时运转和停止。太阳跟踪器的减速器的减速比为1∶N；定日镜的减速器的减速比为1∶2N。只要太阳跟踪器跟踪太阳，阵列中全部定日镜跟随跟踪太阳偏离，将反射光指向固定目标。本发明去掉了定日镜上的跟踪控制系统，使定日镜结构简单造价低耗电少工作可靠。本发明只用一台太阳跟踪器来控制定日镜阵列的跟踪，定日镜的驱动微电机采用总线供电，具有跟踪精度高、简化调试、安装方便，便于推广应用。
文档编号F24J2/38GK1854639SQ200510043299
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者孙迎光 申请人:孙迎光