[发明专利]太阳跟踪器设备和系统

说明书

发明领域

本发明涉及用于自动电子太阳跟踪的设备和系统，更具体地涉及用于定日镜控制的设备和系统。

发明背景

定日镜通常用来通过将阳光反射到固定目标上将太阳的能量转换成有用的能量(例如电功率)的系统中定向镜子。通过允许镜子一般围绕两个旋转轴旋转的机械系统来调整它们的定向。该旋转通常由电动机和齿轮促发。这些电动机由太阳跟踪器来控制，太阳跟踪器计算定日镜所要求的位置，以提供系统所需的调整信息，从而在一日之中太阳的相对位置改变的同时确保太阳光在固定目标上的恒定反射。

当许多这样的定日镜被用来将阳光反射到同一目标上时，则大量能量被聚集到目标的相对小的面积上，且这种能量可以被高效地用来提供可用的能量。例如，可以使用耦合至发电机的蒸汽机或光电池阵列来产生电能。目标上的高度集中的能量允许能量转换设备具有较高效率，由此减少了系统的成本。然而，这种成本减少被定日镜的成本所抵消。因而，减少定日镜的成本是有益的。

电动机、齿轮和运动控制器的成本构成了定日镜总成本的可观部分。电动机应该是可控制的，例如增加步进器，但这需要相关的昂贵控制器。齿轮应该是无齿隙的和线性的，即，应该在特定的电动机驱动轴的旋转和相关的定日镜围绕相应旋转轴的旋转量和旋转角之间提供线性关系。

使用步进电动机的许多现有技术的定日镜系统在建立期间需要调整，这是由于其旋转角是增量地而不是通过绝对位置命令的。这意味着每一定日镜必须配备有各自的参考点机制。这种要求通常需要附加的花费，尤其是在安装时的附加校准成本。

此外，常常需要周期性地重新进行这种校准，以避免小误差的最终累积。这样的小误差可以是由于命令噪声、齿轮的不精密度、定日镜基座的微小移动、或者步进电动机执行所命令的增量的某种罕见故障。这样的周期性重新校准也增加了太阳能发电厂的运营成本。

因而，需要一种精确的、易于操纵的、不需要调整并节省成本的太阳跟踪器设备和系统。

发明概述

因此，本发明的宽泛目的是克服现有技术的以上缺点并提供可控制较简单定日镜的太阳跟踪器。电动机不需要是位置控制的，并可以用于简单的正转、停止和反转命令模式。齿轮可以是任何类型的，而不需要是线性的。本发明的太阳跟踪器设备不需要精确的调整，并且不需要周期性的重新调整。

可以方便地界定固定目标的中心点，该中心点是定日镜所朝向的空间内的虚拟点，以便反射太阳光线从而使最大量的太阳光线命中固定目标。

本发明的一个目的是提供其精度基本上不受定日镜旋转轴位置改变影响的太阳跟踪器。

本发明的另一个目的是提供允许生产较低成本的定日镜系统的设备。

根据本发明的一个方面，提供了与具有将太阳光线反射到固定目标上的反射面的定日镜相关联的太阳跟踪器设备，该太阳跟踪器设备包括：

具有预定义形状的镜子，其平行于定日镜反射面固定地安装，该预定义形状界定镜子中心点；

具有穿过镜子中心点的光轴的成像设备；以及

一侧在成像设备和镜子之间延伸而另一侧在太阳和固定目标之间延伸的穹顶，

由此当太阳光线穿透穹顶时，镜子将这些太阳光线充分地反射回到穹顶，且这些太阳光线的一部分被穹顶反射回到成像设备，以形成镜子的图像，这种图像的形状界定a)镜子中心点的图像；以及通过部分透明的穹顶在成像设备上形成固定目标的图像，界定b)目标中心点的图像，

由此a)镜子中心点图像与b)目标中心点图像的重合对应于所期望的定日镜反射面的定向，以便将太阳光线反射到固定目标上。

根据本发明的另一方面，提供用于控制定日镜定向的太阳跟踪器系统，该系统包括：

具有反射面的定日镜，反射面可沿至少两根旋转轴移动，以便界定相对于太阳的定向，以及

跟踪设备，其具有平行于所述反射面安装的镜子、成像设备以及一侧位于在成像设备和镜子之间而第二侧位于太阳和固定目标之间的衍射元件，

其中，通过离开衍射元件的反射和通过从固定目标发出的光形成在成像设备上的图像被跟踪设备使用以控制定日镜的反射面的定向。

根据本发明的又一个方面，提供一种用于定位定日镜以便跟踪太阳的方法，该方法包括：

获取在固定目标处反射阳光的镜子的图像；

计算镜子的图像的中心的位置；

获取固定目标的图像；

计算固定目标的图像的中心的位置；

计算将镜子中心图像与固定目标中心图像连接起来的矢量的长度和定向；