[发明专利]一种碟式Stirling太阳能聚光质量检测方法

说明书

一种碟式Stirling太阳能聚光质量检测方法，包括以下步骤：1)以分段拟合的方式对相机像素响应进行校准；2)拍摄碟面汇聚阳光产生的光斑图像；3)根据拟合的相机响应曲线对图像进行校准；4)估算光斑的照度分布；5)估算光斑的能量密度分布；6)根据聚光的效率、光斑的形状、大小和分布均匀性判断光斑的质量，在加热头区域内，各像素位置上对应的辐射功率与区域内平均功率的差值不能过大，当其大于设定阈值时，则认为能量分布不均匀。本发明提供了一种有效检测碟式Stirling太阳能聚光质量、安全性高、可信性较高的碟式Stirling太阳能聚光质量检测方法。

技术领域

本发明属于太阳能中聚光热发电领域，涉及碟式Stirling热发电技术中的聚光器技术方面，尤其是一种碟式Stirling太阳能聚光质量检测方法。

背景技术

由于传统能源的不断消耗和空气的严重污染，太阳能以其清洁性和无穷性，受到了越来越多的关注。在多种太阳能利用技术中，碟式Stirling技术具有最高的光电转化效率。该技术利用巨型的抛物碟面汇聚平行其光轴的阳光于焦点附近，形成高能量密度的光斑，即辐射源，该辐射源作为Stirling发动机动力源推动其运转，发动机带动与其连接的发电机运转，进而实现光能到电能的转化。在此过程中，高质量的光斑是保证设备安全与高效运转的关键，因此，在设备投入使用前，碟面汇聚光斑的质量需要进行检测。

光斑的质量主要由以下四个方面组成：聚光效率、光斑的形状、大小和能量密度分布的均匀性。聚光效率就是指经碟面汇聚的阳光辐射可有效用于发动机的比例，该参数决定了设备的光电转化的效率。光斑的形状和大小应该与发动机接收辐射的加热头的参数保持一致。光斑能量密度分布的均匀性直接决定了设备能否用于发电，不均匀的光斑将会导致发动机不能正常工作，甚至损毁设备。由于光斑温度较高，传统的接触式测量方式难以满足其质量的测量，所以它需要一种特殊的非接触式测量方式，以实现设备发电前的碟面聚光质量检测。

发明内容

为了克服已有技术无法有效检测碟式Stirling太阳能聚光质量的不足，本发明提供了一种有效检测碟式Stirling太阳能聚光质量、安全性高、可信性较高的碟式Stirling太阳能聚光质量检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碟式Stirling太阳能聚光质量检测方法，包括以下步骤：

1)以分段拟合的方式对相机像素响应进行校准

校准的设备为一台可由电脑控制亮度的LCD显示屏和相机，LCD屏幕显示的亮度与电脑的控制量间存在线性关系，校准过程为：电脑将屏幕的亮度分为256个梯度，并分别显示出来，操作人员设置相机参数与拍摄光斑图像时的参数一致后，拍摄每个梯度屏幕亮度图像；之后，将相机拍摄的图像亮度与电脑控制屏幕显示的亮度绘制成曲线，并在拐点处将其分为三段，然后分别以高阶方程对其进行拟合，至此完成了相机响应曲线的拟合；

2)拍摄碟面汇聚阳光产生的光斑图像

3)根据拟合的相机响应曲线对图像进行校准

在得到光斑图像后，根据步骤1)中得到的相机响应曲线，将图像中的像素值映射到对应的亮度值上，即得到了新的光斑亮度分布图，此校准后的图片用于物体表面照度的估算；

4)估算光斑的照度分布

光斑图片经相机响应校准后得到光斑亮度分布图片，亮度图中像素值与光斑表面辐照度成线性关系，设图片某处亮度值为i,其对应的光斑上的辐照度为I，则：

I＝n×i

其中，n为比例系数；

5)估算光斑的能量密度分布

由物体表面辐射强度与辐照度的转化关系可知，设辐射强度为则