[发明专利]一种对太阳能聚光器光斑形状的测试方法及测试平台

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体涉及到一种对太阳能聚光镜光斑形状的测试方法及测试平台。 

背景技术

太阳能聚光是将能量密度稀薄的太阳能，通过光线聚焦原理，汇集为能量密度很高的光束，以便能够更广泛，更有效的利用太阳能。 

一般而言，太阳能聚光方式分反射式聚光和折射式聚光，所谓反射式聚光，即入射阳光经过聚光器，按照光反射定律汇聚到接收器上；而所谓折射式聚光则是利用入射光线透过透明材料产生折射的原理将阳光汇聚。 

光伏发电技术则是通过聚光镜或透镜的聚光作用把阳光几十倍甚至几百倍的汇聚到焦斑并投射到光电池上，从而增加发电量，降低电池成本。 

对于反射式聚光发电来说，入射到接收器的光斑形状对最优化系统效率起到关键作用，对于给定的接收器，系统的最优化程度取决于最好的接收位置和最均匀的光斑分布，这些因素是通过修改跟踪参数和反射表面曲率来决定的，然而在实际制造中，往往存在一些影响系统效率的问题： 

首先，由于实际系统中的聚光器经常用到各种不同形状的聚光放射镜，如槽式抛物面反射镜，曲面抛物面反射镜和球面反射镜等，而这些反射镜的成形工艺也不尽相同，主要是采用高温热变形和机械冷变形制造，但无论采用哪种方式制造，其曲率在实际成型中都容易受到加工条件变化而产生微小变化，这些变化对整个系统效率的影响不可忽视，需要分析其表面曲率微小变化带来的光斑形状变化差异。 

其次，由于发电量越高，需要的聚光镜反射面积也越大，而采用一次 压铸成形来制造一个巨型聚光器非常困难，因此一般采用分别制造若干块尺寸和曲率一样的小型聚光单元再拼接而成，这样降低了巨型聚光器的制造难度和生产成本。但是对于这种方式，实际生产中往往无法保证所有的小型聚光单元尺寸和曲率完全一样，为了获取最佳系统效率，则需要分别分析这些单元的实际曲率变化情况。 

此外，传统制造高反射率表面主要有表面阳极氧化电镀铝膜方式，表面电镀银方式和表面贴高反射率压克力镜面方式，由于制造工艺的因素，利用这些方式来批量制造聚光镜的高反射率表面时也会存在一些制造缺陷，而这些缺陷给光斑形状也会带来一些误差，如何考虑这些缺陷带来的影响，就总体需要分析整个聚光镜对光斑形状带来的影响。 

最后，在最终安装固定系统各个组件前，需要对实际收光性能进行模拟试验，并根据试验结果对接收器和聚光器进行位置和角度的补偿修正，从而来寻找一个最佳位置，因此，也需要一种可以分析整个聚光器的聚光光斑形状的测试平台。 

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种对太阳能聚光器光斑形状的测试方法，包括： 

步骤1，将待测抛物面聚光器放置在龙骨支架上，龙骨支架水平放置以保证待测抛物面聚光器和地面平行； 

步骤2，将模拟光源放置在电动导轨的鞍座夹具上，并与待测抛物面聚光器的平面垂直放置，计算机通过串行接口控制模拟光源沿电动导轨步进移动； 

步骤3，将光斑接收屏与电动导轨放置于同一平面，且中心轴与待测抛物面聚光器中轴线重合，以保证反射光斑可以在光斑接收屏上显示； 

步骤4，模拟光源垂直入射点光线进入待测抛物面聚光器，经过聚光镜反射后，汇聚光线入射到光斑接收屏上； 

步骤5，计算机通过线性CCD对光斑接收屏扫描图像处理，先用二值化和全局阀值法进行光斑的粗定位，然后利用平均灰度值法计算得到汇聚光线在光斑接收屏上形成的光斑的精确位置坐标； 

步骤6，模拟光源通过步进伺服电机以步进方式沿电动导轨移动，每次移动一步后，重复步骤5操作，直到走完整个导轨量程； 

步骤7，计算机得到一系列的汇聚光斑位置坐标后，计算形成光斑最大尺寸后存储到对应数据库中。 

优选地，所述模拟光源为阵列面光源。 

优选地，所述模拟光源为点光源。 

优选地，所述点光源是波长为532nm的固体泵浦的绿光激光器，或者波长为650的红光点状激光器，功率值在50mW以下。 

优选地，所述光斑接收屏为白色无光幕。 

按照本发明的另一方面，还提供了一种对太阳能聚光器光斑形状的测试平台，包括： 

放置于龙骨支架上的待测抛物面聚光器，龙骨支架水平放置以保证待测抛物面聚光器和地面平行； 

放置在电动导轨的鞍座夹具上的模拟光源，模拟光源与待测抛物面聚光器的平面垂直放置，计算机通过串行接口控制模拟光源沿电动导轨步进移动；