專利名稱：塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置。
背景技術(shù)：
塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)是建造一個頂端裝有集熱器的集熱塔，在塔下一定范圍內(nèi)布置大量反射鏡，通過反射鏡將太陽輻射能匯聚在集熱器上加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進而驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能的發(fā)電系統(tǒng)。由于太陽光線入射角度隨天體運動不斷變化，為保證反射鏡始終將來自太陽的光能準(zhǔn)確反射到集熱器上，就必須使用自動控制系統(tǒng)對反射鏡角度進行自動調(diào)節(jié)，鎖定太陽、 鏡面、集熱器三者之間的反射關(guān)系。專業(yè)上將這種具有自動調(diào)節(jié)鏡面角度使其跟蹤太陽運動，保證能量匯聚點不變的反射鏡稱為“定日鏡”，而大量定日鏡構(gòu)成的集合被稱為“定日鏡場”或“鏡場”。定日鏡反射角度的自動控制分為以下幾個步驟首先利用天文計算法或儀器測量法，獲得整個鏡場的太陽光線入射角；然后再根據(jù)各個定日鏡與集熱器的位置關(guān)系，分別計算將光線反射到集熱器的定日鏡理想鏡面反射角；最終由控制系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果，驅(qū)動電機對鏡架機械支撐系統(tǒng)進行調(diào)整，從而保證鏡面反射光角度始終指向集熱器。為了跟蹤太陽運動，定日鏡工作中需要進行高度角和方位角的雙軸跟蹤動作，因而存在俯仰和旋轉(zhuǎn)兩個轉(zhuǎn)動軸。通常定日鏡控制系統(tǒng)都是通過檢測轉(zhuǎn)動軸相對于支撐架的旋轉(zhuǎn)角度間接測量實際鏡面位置。對轉(zhuǎn)動軸進行角度檢測的常用技術(shù)方法包括旋轉(zhuǎn)電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器和編碼器等多種方式，以下將這類檢測方法統(tǒng)稱為“旋轉(zhuǎn)軸測量法”。然而這類旋轉(zhuǎn)軸測量法在定日鏡使用中存在以下問題1、旋轉(zhuǎn)軸測量法只能檢測旋轉(zhuǎn)軸與支架的相對角度。要確定鏡面的實際反射角還需要通過標(biāo)定工作建立旋轉(zhuǎn)軸與鏡面角度之間的零點偏移量。2、定日鏡長期使用中會發(fā)生地基沉降和機架變形等問題，一旦出現(xiàn)這些情況，在旋轉(zhuǎn)軸角度不變的情況下，鏡面相對集熱器的實際反射角卻會發(fā)生變化。為保證反射角的控制精度，使用中還需經(jīng)常進行角度偏移量的檢查和校正工作。3、當(dāng)定日鏡方位角旋轉(zhuǎn)軸因為支架傾斜不能保證水平時，定日鏡旋轉(zhuǎn)運動中會連帶鏡面法線的高度角發(fā)生變化。由于旋轉(zhuǎn)軸測量法檢測不到這種擾動，因此旋轉(zhuǎn)運動會對高度角跟蹤系統(tǒng)造成干擾。這種情況下，必須從新對地基和支架系統(tǒng)進行麻煩的水平調(diào)校， 定日鏡跟蹤系統(tǒng)才能正常工作。4、在旋轉(zhuǎn)軸上安裝編碼器類的角度測量裝置，需要采用專用安裝支架來保證旋轉(zhuǎn)軸之間的同軸度要求，在戶外環(huán)境下使用編碼器類旋轉(zhuǎn)角測量傳感器還需要配備必要的防護裝置，因此安裝麻煩，成本高。
發(fā)明內(nèi)容[0011]本實用新型的目的是提供一種塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，能實現(xiàn)定日鏡俯仰角度的準(zhǔn)確檢測，檢測結(jié)果不受旋轉(zhuǎn)軸零點變化和機架變形的影響。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，其特征在于，包括用于檢測定日鏡面垂直方向以及定日鏡面平行方向上重力加速度分量的加速度傳感器，加速度傳感器上連接有微處理器，還包括電源模塊，電源模塊分別與加速度傳感器以及微處理器連接。還包括通信模塊，通信模塊與微處理器以及電源模塊均連接。加速度傳感器和微處理器布置在同一印刷線路板上，且所述該印刷線路板安裝在隨測定日鏡面同步轉(zhuǎn)動的定日鏡部件上。本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，檢測精度高。利用本實用新型獲得的定日鏡俯仰角度，不受地基沉降、機架變形等擾動的影響，可簡化長期使用中的校正和維護工作；無需進行機械系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸的初始零點標(biāo)定，也不會在使用中產(chǎn)生累積誤差。另外， 本實用新型的安裝方式簡單，安裝成本低、檢修維護方便。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型中的加速度傳感器的安裝位置示意圖；圖3是本實用新型的工作原理圖。其中，1.加速度傳感器，2.微處理器，3.通信模塊，4.電源模塊，5.定日鏡，6.高度角電機，7.方位角電機，8.方位角編碼器，9.集熱器。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型一種塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，包括加速度傳感器1，加速度傳感器1用于檢測定日鏡面垂直方向上重力加速度分量以及定日鏡面平行方向上重力加速度分量。加速度傳感器1上連接有微處理器2，微處理器2 用于根據(jù)加速度傳感器1測得的兩個加速度分量，計算定日鏡俯仰角度。還包括用于供電的電源模塊4，電源模塊4分別與加速度傳感器1以及微處理器2連接。本實用新型還包括通信模塊3，通信模塊3與微處理器2以及電源模塊4均連接。加速度傳感器1和微處理器2布置在同一印刷線路板上，且該印刷線路板安裝在隨測定日鏡面同步轉(zhuǎn)動的定日鏡部件上。加速度傳感器1采用MMA8451Q型三軸加速度傳感器，其中的χ軸和Z軸用于測量，Y軸保留不用。微處理器2采用MC9S08QG8型8位單片機。為抑制干擾提高測量精度，加速度傳感器1與微處理器2之間采用1 數(shù)字信號接口， 通信模塊3與外部設(shè)備采用RS485通信接口連接。如圖3所示，設(shè)定待測定日鏡俯仰角度(即定日鏡相對于水平地面的傾斜角度) 為θ，根據(jù)定日鏡正常跟蹤時的工作狀態(tài)，定日鏡為勻速緩慢運動，近似認(rèn)為加速度傳感器 1僅受重力G的作用，在精度范圍內(nèi)忽略轉(zhuǎn)動引起的微弱加速度。加速度傳感器1兩個檢測軸構(gòu)成的平面與定日鏡俯仰運動軸相互垂直。重力在加速度傳感器X軸和ζ軸的分量分別為foe和( (Y軸分量為0不使用)，通過牛頓第二運動定律和加速度傳感器的工作原理， 可以得到傾斜角度與兩軸加速度分量的關(guān)系為GX = GXsin( θ )，Gz = GXcos( θ )，即得tan θ =GX/GZ，最終得到 θ = arctan (Gx/Gz)。對公式θ = arctan (Gx/Gz)進行分析，可得俯仰角度θ為0度或90度時，foe和 ( 分別為零，該公式不能使用；θ接近0度和90度時，受信號干擾和計算誤差的影響，測量系統(tǒng)的整體精度會大幅度下降。這就要求定日鏡的俯仰角度不出現(xiàn)上述兩種極限情況。而在塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)的實際運行過程中，定日鏡在跟蹤時鏡面不會存在垂直地面和平行地面兩種工作狀態(tài)，因此不會出現(xiàn)上述極限情況。本實用新型采用加速度傳感器1代替現(xiàn)有技術(shù)中安裝在旋轉(zhuǎn)軸上進行俯仰角度測量的編碼器類傳感裝置，以實現(xiàn)定日鏡俯仰角度的檢測。如圖2所示，太陽光入射光線χ 經(jīng)定日鏡5鏡面的反射后，太陽光反射光線y指向集熱器9，定日鏡機架上安裝有高度角電機6、方位角電機7以及方位角編碼器8，在隨測定日鏡面同步轉(zhuǎn)動的定日鏡部件上安裝加速度傳感器1、微處理器2以及通信模塊3。當(dāng)定日鏡俯仰角度變化時，加速度傳感器1檢測定日鏡面垂直方向上重力加速度分量以及定日鏡面平行方向上重力加速度分量，分別為to和Gz，微處理器2根據(jù)θ = arctan (Gx/Gz)，計算得到定日鏡俯仰角度θ，再通過通信模塊3發(fā)送到外部的上位機，上位機通過自動俯仰角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制高度角電機6工作，以補償俯仰角的變化。定日鏡最常用的俯仰角度工作范圍50度左右。如下表所示，為采用本實用新型對定日鏡俯仰角度進行檢測的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，其特征在于，包括用于檢測定日鏡面垂直方向以及定日鏡面平行方向上重力加速度分量的加速度傳感器(1)，所述加速度傳感器(1)上連接有微處理器O)，還包括電源模塊G)，所述電源模塊(4)分別與加速度傳感器(1)以及微處理器( 連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，其特征在于，還包括通信模塊(3)，所述通信模塊C3)與微處理器O)以及電源模塊(4)均連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，其特征在于，所述加速度傳感器(1)和微處理器( 布置在同一印刷線路板上，且所述該印刷線路板安裝在隨測定日鏡面同步轉(zhuǎn)動的定日鏡部件上。
專利摘要本實用新型公開了一種塔式太陽能聚熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡俯仰角度檢測裝置，包括用于檢測定日鏡面垂直方向以及定日鏡面平行方向上重力加速度分量的加速度傳感器，加速度傳感器上連接有微處理器，還包括電源模塊，電源模塊分別與加速度傳感器以及微處理器連接。本實用新型能實現(xiàn)定日鏡俯仰角度的準(zhǔn)確檢測，檢測結(jié)果不受旋轉(zhuǎn)軸零點變化和機架變形的影響。
文檔編號G01C1/00GK202329610SQ20112046840
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者趙躍 申請人:趙躍