定日镜跟踪控制系统的研究

德州职业技术学院　栾玉静

1　定日镜跟踪控制系统的研究背景

太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电，与传统发电站不同,它是通过聚集太阳辐射获得热能，再将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。

当前，太阳能热发电按照太阳能采集方式的不同，可以分为太阳能槽式发电、太阳能塔式热发电和太阳能碟式热发电三种。其中，塔式太阳能热发电控制系统中，定日镜跟踪控制装置设计的是否合理至关重要，因为只有这样才能使得所有定日镜都能将太阳光全部反射到集热器，但是现有的定日镜跟踪控制技术大多采用定日镜单镜光跟踪控制方式或群镜时控跟踪方式，这些方法用于大规模镜场时，成本高、跟踪精度差、热效率低，更大的问题是管理维护成本过高，检测维修困难。

2　定日镜跟踪控制系统工作原理

定日镜跟踪控制系统是一种解决现有技术中的控制系统在镜场规模扩大时，产生的跟踪精度变差、管理维护困难和综合成本过高的问题。

图1　定日镜跟踪控制工作原理图a

图2　定日镜跟踪控制工作原理图b

图示说明：1.基准桩；2.汇聚镜；3.上位机控制器；4.基准桩控制箱；5.阳光传感器；6.阳光传感器云台；7.阳光传感器云台步进电机组；8.跟踪激光器；9.跟踪激光器云台；10.跟踪激光器云台步进电机组；11.扫描式激光传感器；12.扫描式激光传感器驱动电机；13.导向激光器；14.从动镜镜面；15.从动镜云台；16.从动镜云台步进电机组；17.从动镜控制箱；18.入射光；19.镜面法线20.反射镜面；21.出射光；22.反射塔；α.阳光入射角；β.阳光出射角；γ.偏转角。

基准桩的阳光传感器云台驱动阳光传感器跟踪直射阳光，当阳光传感器定位直射阳光后，阳光传感器云台步进电机机组的旋转角度信息与阳光传感器云台的基准信息比较，得到阳光入射角α和阳光传感器云台的偏转角度+△α。

跟踪激光器云台根据阳光入射角α及阳光传感器云台的偏转角度+△α，确定跟踪激光角度，也即阳光出射角β和跟踪激光器云台的偏转角度-△α；当跟踪激光器云台确定了阳光出射角β和云台偏转角度-△α以后，跟踪激光器启动，以出射光的光路，照射汇聚镜。阳光入射角α=阳光出射角β。

当阳光传感器没有定位直射阳光，即光敏电桥没有达到平衡状态时，阳光传感器云台不断偏转，以感知直射阳光，使光敏电桥达到平衡；当无阳光时，阳光传感器不工作，即光敏电桥处于休眠状态，阳光传感器云台按照时控程序，模拟跟踪阳光。

当跟踪激光器与导向激光器同时以反射光的光路工作后，激光传感器工作，用以校验跟踪激光出射精度；激光传感器驱动电机工作，带动激光传感器旋转，通过测量跟踪激光与导向激光间距信息，检验跟踪激光与导向激光的平行度，从而校验跟踪激光的出射精度。

经校验的跟踪激光出射角度和跟踪激光器云台偏转角度信息，上传至上位机控制器，经上位机控制器处理后，放射状传输至依基准桩为标称的从动镜群组。从动镜群组依据上位机控制器下传的跟踪角度信息调整反射镜的角度，使反射阳光汇聚至汇聚镜。

从动镜云台驱动步进电机组运转的结果数据，反馈至上位机控制器，以监控从动镜群组工作状态，从动镜群组完成一天定日跟踪周期，依据上位机控制器的指令，折返至起始点。从动镜群组规模，依据汇聚镜汇聚光斑的精度确定。

3　采用定日镜跟踪控制系统的效果

1)本系统能够判断基准桩反射的阳光在汇聚镜上的位置；同时无需在每面定日镜上安装跟踪设备；定日镜的安装也不需要高精密度，大大提高镜场的安装速度、调试速度。

2)本系统适用于大型定日镜镜场，满足大规模定日镜的高精度控制，具有较高的可靠性和可用性，可以用于建造50兆瓦以上的商业化塔式太阳能热发电机组。

3)定日镜跟踪控制由上位机控制器，实现了基准桩信息上传、从动镜接受信息的集中控制。另外，各从动镜跟踪信息可上传至上位机控制器，实现信息反馈。

[1]李俊峰.中国光伏发电商业化发展报告[M].中国环境科学出版社,2001:1-6.

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