專利名稱：定日鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定向投射太陽光的平面鏡裝置，即通常稱為定日鏡的裝置， 屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景作為可再生能源的太陽能有以下優(yōu)點(diǎn)它沒有一般煤炭，石油等礦物燃料產(chǎn) 生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境，被稱作"干凈能源"；到處都可以得到太陽能，使用方便，安全，成本低廉，可以再生。而利用太陽能發(fā)電的各種方式中塔式太陽能熱發(fā)電又有其明顯的優(yōu)勢聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫 度；陣列中的定日鏡數(shù)目越多，其聚光比越大，接收器的集熱溫度也就越高； 能量集中過程是靠反射光線一次完成的，方法簡捷有效；接收器散熱面積相對 較小，因而可得到較高的光熱轉(zhuǎn)換效率。塔式太陽能熱發(fā)電的參數(shù)可與高溫、高壓火電站一致，這樣不僅使太陽能熱 電站有較高的熱效率，而且也容易獲得配套設(shè)備。定日鏡是塔式太陽能熱電站的關(guān)鍵部件之一，也是電站的主要投資部分，它 占據(jù)電站的主要場地，其建造費(fèi)用占整個電站造價的一半以上。創(chuàng)新出具有自 主知識產(chǎn)權(quán)的定日鏡技術(shù)，大幅降低其造價，對于推動塔式太陽能熱電站技術(shù) 走向成熟、走向商業(yè)化具有舉足輕重的地位。定日鏡是一種由鏡面(反射鏡)、鏡架(支撐結(jié)構(gòu))、跟蹤傳動機(jī)構(gòu)及其控制 系統(tǒng)等組成的聚光裝置，用于跟蹤接收并反射太陽光進(jìn)入位于接收塔頂部的集 熱器內(nèi)，是太陽能熱電站的主要裝置之一。為確保塔式太陽能熱電站的正常、 穩(wěn)定、安全和高效運(yùn)行，定日鏡的整體性能應(yīng)達(dá)到如下基本要求定日鏡反射率高、平整度誤差?。粰C(jī)械強(qiáng)度高、能夠抵御臺風(fēng)襲擊；運(yùn)行穩(wěn)定；聚光定位 精度高；可全天候工作；可大批量生產(chǎn)；易于安裝和維護(hù)；工作壽命長。在塔式太陽能熱電站中，因?yàn)楦鱾€定日鏡相對于中心塔有著不同的朝向和距 離，所以每個定日鏡的跟蹤都要進(jìn)行單獨(dú)的各不相同的兩維控制，這就極大地 增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和安裝調(diào)試特別是光學(xué)調(diào)整的難度。極其復(fù)雜的控制 系統(tǒng)造價高昂且數(shù)量巨大，為了減少控制系統(tǒng)設(shè)備的使用數(shù)量，人們將單個定 日鏡的面積做的較大， 一般都在20M2以上。大面積的定日鏡的整體性能要想達(dá)到上面所述的基本要求的話，不僅造價高昂(面積加大造價呈指數(shù)性激增)， 而且難以大規(guī)模生產(chǎn)。多年來塔式太陽能熱發(fā)電一直困難重重，無法形成產(chǎn)業(yè)化，最大的障礙是定 日鏡裝置成本較高、難以大批量模塊化生產(chǎn)、安裝調(diào)試和維護(hù)困難。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種定位 精度高、易于安裝和維護(hù)、造價低廉、可大批量生產(chǎn)的定日鏡裝置。由于該定 日鏡裝置的控制系統(tǒng)造價低，可以將單個定日鏡的面積做到10M2以下，這樣一來相同采光面積的太陽能熱電站的定日鏡總造價得到大幅度降低，從而可以 大幅度降低電站的建設(shè)費(fèi)用。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的定日鏡裝置包括安裝在框架上的一個平面 鏡或由多個平面鏡拼接而成的鏡面；采用方位加仰角跟蹤方式即驅(qū)動鏡面繞垂 直地面軸線轉(zhuǎn)動的方位角調(diào)整機(jī)構(gòu)和繞水平軸線轉(zhuǎn)動的仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)；或自旋 加仰角跟蹤方式即驅(qū)動鏡面繞以鏡面中心點(diǎn)與集熱器上的靶心連線為軸線轉(zhuǎn)動 的自旋機(jī)構(gòu)和繞水平軸線轉(zhuǎn)動的仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)；安裝在中心塔與定日鏡裝置之 間的定位傳感器；以及以定位傳感器的信號為輸入的控制上述調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制系統(tǒng)。其特征在于所述定日鏡裝置上有安裝在框架上的一個平面鏡或由 多個平面鏡拼接而成的反光效果等同于一個平面鏡的鏡面；所述框架的尺寸較 小，小到可以一次成型，從而可以保證定日鏡裝置對鏡面精度要求的簡單而廉 價的實(shí)現(xiàn)；所述定位傳感器是由定位導(dǎo)向管和安裝在定位導(dǎo)向管上的四象限光 敏元件組成；所述定位傳感器使用較長的定位導(dǎo)向管可以成為高精度定位傳感 器、使用較短的定位導(dǎo)向管可以成為低精度定位傳感器；所述定位導(dǎo)向管為一 空心的內(nèi)壁飾消光材料的管子，定位導(dǎo)向管的一端安裝一個中心有透射小孔的 蓋子，另一端安裝四象限光敏元件，在一個定日鏡裝置中可以使用一只定位導(dǎo) 向管，也可以根據(jù)需要使用幾只軸線平行的捆綁在一起的不同長度的定位導(dǎo)向 管而得到幾個不同精度的定位傳感器；所述定位傳感器放置在鏡面與集熱器之 間，探測的是鏡面的反射光，能夠全面真實(shí)地反映出定日鏡裝置的工作情況； 所述控制系統(tǒng)采用DCS分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)方式， 用微機(jī)作上位機(jī)，系統(tǒng)由終端機(jī)和上位機(jī)組成；所述終端機(jī)內(nèi)有控制調(diào)整 機(jī)構(gòu)工作的控制電路，其由單片機(jī)及外圍電路組成，負(fù)責(zé)定位信息處理及控制， 具有分析判斷及執(zhí)行能力，可以將錯誤信息及采集到的各傳感器數(shù)據(jù)通過 總線發(fā)到上位機(jī)，或執(zhí)行上位機(jī)發(fā)來的動作指令，控制驅(qū)動定日鏡裝置跟 蹤太陽；所述定日鏡裝置進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，控制系統(tǒng)對穿過定位導(dǎo)向管到 達(dá)四象限光敏元件的鏡面的反射光產(chǎn)生的信號進(jìn)行分析，可以判斷出定日鏡裝 置的工作狀態(tài)是否正常。采用本發(fā)明的以上技術(shù)方案后，只要有陽光不管太陽運(yùn)動到什么位置，定日 鏡裝置的反射光總能投射到的集熱器內(nèi)。由于使用定位導(dǎo)向管、定位傳感器及 DCS分散控制技術(shù)，降低了控制系統(tǒng)成本，從而可以使用小面積的鏡面；由 于定日鏡裝置使用小面積的鏡面，最后形成在集熱器上的太陽聚焦光斑尺寸也較小；由于使用的鏡面是平面鏡，故不會產(chǎn)生曾星形象差；由于使用的鏡面是 小面積的平面鏡，降低了生產(chǎn)及安裝調(diào)試難度，在得到所需尺寸的聚焦光斑尺 寸情況下，對整個系統(tǒng)的精度要求就降低了，有效地降低了成本。本發(fā)明不僅僅適用于塔式太陽能熱發(fā)電，還適用于太陽能制冷、太陽能光伏 發(fā)電、太陽能熱水器、可產(chǎn)生水蒸器的太陽能集熱器等一切需要收集太陽能的 設(shè)施與場合。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的定日鏡裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的定位導(dǎo)向管組結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的指向管及定位傳感器組在整個定日鏡裝置上的位置 示意圖。圖5為定位傳感器組的光敏元件部分結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例二的示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例二的定日鏡裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例二的定日鏡裝置鏡面框架圖。圖9為本發(fā)明實(shí)施例二的定日鏡裝置動臂圖。圖IO為本發(fā)明實(shí)施例二的定日鏡裝置定位導(dǎo)向管組圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例采用的是自旋加仰角跟蹤方式示意如圖1所示。由鏡面3、仰角調(diào) 整機(jī)構(gòu)4、支架5、定位傳感器組8等組成。鏡面3是一片有足夠的強(qiáng)度的平面鏡。ll為接收塔，12為地面，13為鏡面3的仰角調(diào)整方向，14為鏡面3的自旋 調(diào)整方向。照射到集熱器10靶心的反射光線7是太陽1發(fā)出的光線2照射到鏡 面3上的反射光線。6是鏡面3的中垂線。定位傳感器組8的中心線與指向管9 的中心線平行。只要反射光線7能夠穿過定位導(dǎo)向管到達(dá)定位傳感器組8的四象 限光敏元件的中心上，就可以保證鏡面3的反射光斑與集熱器10靶心重合。定日鏡結(jié)構(gòu)如圖2所示，自旋機(jī)構(gòu)21，推動鏡面16繞指向管25的軸線AB 和太陽同步轉(zhuǎn)動，使鏡面16的中垂線一直保持在由太陽、鏡面中心點(diǎn)、集熱器 上的靶心三點(diǎn)所定的平面內(nèi)。仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)18，在驅(qū)動電機(jī)的帶動下，推動支 撐鏡面16的框架17繞軸19的軸線CD轉(zhuǎn)動，調(diào)整鏡面16的仰角。安裝時使指 向管25的軸線通過接收塔頂部集熱器的靶心。指向管25是空心的管子。定日鏡 裝置進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，鏡面16繞指向管25的軸線AB以每小時15度角的 速度和太陽同步轉(zhuǎn)動。控制系統(tǒng)對穿過定位導(dǎo)向管24到達(dá)四象限光敏元件26 的鏡面16的反射光產(chǎn)生的信號進(jìn)行分析，可以判斷出定日鏡裝置的工作狀態(tài)是 否正常。安裝時通過指向管25中心線目視瞄準(zhǔn)或打一束通過指向管25的中心線 朝向接收塔頂部集熱器中心的激光的方法，先將指向管25調(diào)整并固定安裝好， 再安裝鏡面16，然后安裝上定位導(dǎo)向管24，定日鏡裝置的鏡面16的中心點(diǎn)可以 不在定位導(dǎo)向管的中心線上，容許有較大的偏離距離，所以整個定日鏡裝置的安 裝方便易行。指向管25、定位導(dǎo)向管24及定位傳感器組的光敏元件部分30的位置示意如 圖3所示，定位導(dǎo)向管組是有兩個或更多的定位導(dǎo)向管與指向管25平行固定在 一起組成。指向管25及定位導(dǎo)向管24在整個定日鏡裝置上的位置示意如圖4所示。 定位傳感器組的光敏元件部分結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由四象限光敏元件26、定位凸臺27及外殼28等組成。當(dāng)定日鏡出現(xiàn)偏差時照射到四象限光敏元件上的 光斑出現(xiàn)位移，使得四象限光敏元件的信號失去平衡。四象限光敏元件的信號驅(qū) 動定日鏡裝置轉(zhuǎn)動，使得定日鏡裝置準(zhǔn)確的定位。當(dāng)定日鏡出現(xiàn)大角度偏差時， 低精度定位傳感器可以獲得信號，使得定日鏡裝置基本定位。定日鏡裝置基本定 位后就進(jìn)入了高精度定位傳感器的探測范圍?？刂葡到y(tǒng)采用DCS分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)方式， 用微機(jī)作上位機(jī)，系統(tǒng)由終端機(jī)和上位機(jī)組成。每個定日鏡裝置含有一個終 端機(jī)。終端機(jī)內(nèi)有控制調(diào)整機(jī)構(gòu)工作的控制電路，由單片機(jī)及外圍電路組成， 負(fù)責(zé)定位信息處理及控制，具有分析判斷及執(zhí)行能力，將錯誤信息及采集 到的各傳感器數(shù)據(jù)通過總線發(fā)到上位機(jī)，或執(zhí)行上位機(jī)發(fā)來的動作指令， 控制驅(qū)動定日鏡裝置跟蹤太陽。 實(shí)施例二本實(shí)施例定日鏡裝置示意如圖6所示，采用方位加仰角跟蹤方式。由鏡面3、 仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)4、支架5、定位傳感器組8、定位傳感器組支架9等組成。11為 接收塔，12為地面，13為鏡面3的仰角調(diào)整方向，14為鏡面3的方位調(diào)整方向。 照射到集熱器10靶心的反射光線7是太陽1發(fā)出的光線2照射到鏡面3上的反 射光線。6是鏡面3的中垂線。定位傳感器組8的中心線與鏡面3的中心點(diǎn)和集 熱器10靶心的連線重合。只要反射光線7能夠穿過定位導(dǎo)向管到達(dá)定位傳感器 組8，就可以保證鏡面3的反射光斑與集熱器10靶心重合。定日鏡結(jié)構(gòu)如圖7所示。由鏡面l、框架2、動臂3、支架4、方位角調(diào)整機(jī) 構(gòu)11、 12、仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)13、 14、定位傳感器組5、定位傳感器組支架7等組 成。鏡面1是一片有足夠的強(qiáng)度的平面玻璃鏡。鏡面1固定安裝在框架2上。方 位角調(diào)整機(jī)構(gòu)由絲杠11、螺母12等組成。絲杠11的一端與動臂3連接，螺母12的支撐座與支架4上的連接件6連接，在驅(qū)動電機(jī)的帶動下，絲杠ll在螺母 12內(nèi)轉(zhuǎn)動，推動動臂3繞軸線AB轉(zhuǎn)動，調(diào)整鏡面l的方位角。仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)由 絲杠13、螺母14等組成。絲杠13的一端與支撐鏡面1的框架2連接，螺母14 的支撐座與動臂3上的連接件連接，在驅(qū)動電機(jī)的帶動下，絲杠13在螺母14內(nèi) 轉(zhuǎn)動，推動支撐鏡面l的框架2繞軸線CD轉(zhuǎn)動，調(diào)整鏡面l的仰角。定位傳感 器組5安裝在定位傳感器組支架7上，定位傳感器組支架7上有調(diào)整機(jī)構(gòu)。在安 裝時調(diào)整定位導(dǎo)向管，使定位導(dǎo)向管的軸線與鏡面中心點(diǎn)和集熱器上的革巴心連線 平行并使它們之間的距離盡量小?？蚣?如圖8所示。CD為仰角調(diào)整時的軸線。動臂3如圖9所示。AB為方位角調(diào)整時的軸線，CD為仰角調(diào)整時的軸線。 定位導(dǎo)向管組如圖10所示。定位導(dǎo)向管組是有兩個或更多的定位導(dǎo)向管15 平行固定在一起組成?？刂葡到y(tǒng)與實(shí)施例一基本相同。
權(quán)利要求
1.一種定日鏡裝置，包括安裝在框架上的一個平面鏡或由多個平面鏡拼接而成的鏡面；采用方位加仰角跟蹤方式即驅(qū)動鏡面繞垂直地面軸線轉(zhuǎn)動的方位角調(diào)整機(jī)構(gòu)和繞水平軸線轉(zhuǎn)動的仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)；或自旋加仰角跟蹤方式即驅(qū)動鏡面繞以鏡面中心點(diǎn)與集熱器上的靶心連線為軸線轉(zhuǎn)動的自旋機(jī)構(gòu)和繞水平軸線轉(zhuǎn)動的仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)；安裝在中心塔與定日鏡裝置之間的定位導(dǎo)向管、定位傳感器；以及以定位傳感器的信號為輸入的控制上述調(diào)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制系統(tǒng)。其特征在于所述定日鏡裝置上有安裝在框架上的一個平面鏡或由多個平面鏡拼接而成的反光效果等同于一個平面鏡的鏡面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述框架的尺寸較小，小到可 以一次成型，從而可以保證定日鏡裝置對鏡面精度要求的簡單而廉價的實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述定位傳感器是由定位導(dǎo)向 管和安裝在定位導(dǎo)向管上的四象限光敏元件組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于所述定位傳感器使用較長的定 位導(dǎo)向管可以成為高精度定位傳感器、使用較短的定位導(dǎo)向管可以成為低精度 定位傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于所述定位導(dǎo)向管為一空心的內(nèi) 壁飾消光材料的管子，定位導(dǎo)向管的一端安裝一個中心有透射小孔的蓋子，另 一端安裝四象限光敏元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于在一個定日鏡裝置中可以使用 一只定位導(dǎo)向管，也可以根據(jù)需要使用幾只軸線平行的捆綁在一起的不同長度 的定位導(dǎo)向管而得到幾個不同精度的定位傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述定位傳感器放置在鏡面與 集熱器之間，探測的是鏡面的反射光，能夠全面真實(shí)地反映出定日鏡裝置的工作情況。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)采用DCS分散控 制系統(tǒng)(Distributed Control System)方式，用微機(jī)作上位機(jī)，系統(tǒng)由終 端機(jī)和上位機(jī)組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述裝置，其特征在于所述終端機(jī)內(nèi)有控制調(diào)整機(jī)構(gòu) 工作的控制電路，其由單片機(jī)及外圍電路組成，負(fù)責(zé)定位信息處理及控制，具 有分析判斷及執(zhí)行能力，可以將錯誤信息及采集到的各傳感器數(shù)據(jù)通過總 線發(fā)到上位機(jī)，或執(zhí)行上位機(jī)發(fā)來的動作指令，控制驅(qū)動定日鏡裝置跟蹤 太陽。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述裝置，其特征在于所述定日鏡裝置進(jìn)入正常工作 狀態(tài)后，控制系統(tǒng)對穿過定位導(dǎo)向管到達(dá)四象限光敏元件的鏡面的反射光產(chǎn)生 的信號進(jìn)行分析，可以判斷出定日鏡裝置的工作狀態(tài)是否正常。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述裝置，其特征在于不僅僅適用于塔式太陽能熱發(fā) 電，還適用于太陽能制冷、太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水器、可產(chǎn)生水蒸器的 太陽能集熱器等一切需要收集太陽能的設(shè)施與場合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定向投射太陽光的平面鏡裝置，即通常稱為定日鏡的裝置，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該裝置采用方位加仰角跟蹤方式或自旋加仰角跟蹤方式；包括平面鏡、尺寸小到可以一次成型的框架、調(diào)整機(jī)構(gòu)、安裝在中心塔與定日鏡裝置之間的定位導(dǎo)向管、定位傳感器以及控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)利用穿過定位導(dǎo)向管到達(dá)四象限光敏元件的鏡面的反射光產(chǎn)生的信號進(jìn)行控制和錯誤判斷。采用本發(fā)明后，只要有陽光不管太陽運(yùn)動到什么位置，定日鏡裝置的反射光總能投射到集熱器內(nèi)。由于使用定位導(dǎo)向管、定位傳感器及DCS分散控制技術(shù)，從而可以使用小面積的鏡面。降低了生產(chǎn)及安裝調(diào)試難度，從而有效地降低了成本。
文檔編號F24J2/38GK101236287SQ20081000786
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者蘇建國 申請人:蘇建國