本發(fā)明屬于太陽能聚光熱發(fā)電領(lǐng)域，更具體的為碟式Stirling聚光熱發(fā)電領(lǐng)域中太陽追蹤技術(shù)，尤其是一種碟式Stirling太陽能碟面立柱幾何校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

由于化石能源的不斷消耗和環(huán)境的污染，太陽能的開發(fā)與利用受到越來越多的重視。在目前的太陽能利用技術(shù)中，碟式Stirling聚光太陽能具有最高的光電轉(zhuǎn)化效率，它采用雙軸追蹤器驅(qū)動(dòng)巨型拋物碟面追蹤太陽，進(jìn)而得到推動(dòng)Stirling發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)輻射源。其中，高精度的太陽追蹤是設(shè)備穩(wěn)定地自動(dòng)運(yùn)行的關(guān)鍵。此追蹤系統(tǒng)采用主動(dòng)追蹤與被動(dòng)追蹤相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，以主動(dòng)追蹤為主。但是，在設(shè)備安裝完成后，因碟面的支撐立柱并不會(huì)理想地垂直于地面，所以，追蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)與地面坐標(biāo)間存在一定誤差，而這將導(dǎo)致主動(dòng)追蹤過程出現(xiàn)偏離追蹤的現(xiàn)象。所以，在系統(tǒng)正式使用前，立柱誤差需要校準(zhǔn)，稱為立柱的幾何校準(zhǔn)。

立柱的幾何校準(zhǔn)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。由于立柱的偏差較小，而設(shè)備較大，直接測量的方式已經(jīng)無法滿足精度的要求，所以需要特殊的校準(zhǔn)方法。如何利用有限的數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的立柱校準(zhǔn)是核心問題。

目前，在太陽能領(lǐng)域中用于追日的方法主要可分為兩類，一類是主動(dòng)追蹤方法，其根據(jù)地面坐標(biāo)計(jì)算太陽位置，然后計(jì)算自己位置和太陽位置間的偏差，驅(qū)動(dòng)電機(jī)追上太陽位置；另一為為被動(dòng)追蹤方式，其采根據(jù)傳感器信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電機(jī)追趕太陽。在碟式Stirling太陽能正常工作過程中，以主動(dòng)追蹤為主要的工作方式。但是在設(shè)備安裝完成，因碟面支撐立柱存在安裝誤差，追日系統(tǒng)的坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系間存在偏差，所以設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)高精度的太陽追蹤而出現(xiàn)偏離追蹤的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有碟式Stirling太陽能碟面立柱幾何校準(zhǔn)方式的效率較低、精度較低的不足，本發(fā)明提供了一種效率較高、精度較高的碟式Stirling太陽能碟面立柱幾何校準(zhǔn)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種碟式Stirling太陽能碟面立柱幾何校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

1)采集碟面追蹤系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)：在設(shè)備具備發(fā)電條件后，操作人員強(qiáng)制啟動(dòng)設(shè)備追日系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)，采集追日系統(tǒng)中的太陽位置數(shù)據(jù)與實(shí)際中太陽軌跡數(shù)據(jù)；

2)立柱偏差擬合：立柱偏差的擬合實(shí)質(zhì)上是指擬追蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，利用步驟1)的數(shù)據(jù)，結(jié)合最小二乘法，擬合出兩坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，即得到立柱的偏差值；

3)將偏差值輸入設(shè)備控制系統(tǒng)，將上一步得到的立柱偏差值輸入到控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)得到了追蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高精度的太陽追蹤；

4)判斷太陽追蹤系統(tǒng)是否再次出現(xiàn)偏離，在輸入擬合出的立柱偏差后，再次啟動(dòng)系統(tǒng)，并觀察其運(yùn)行狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述步驟4)中，如果系統(tǒng)再次出現(xiàn)偏離跟蹤的現(xiàn)象，則需要重復(fù)步驟1)、2)、3)。

再進(jìn)一步，所述步驟2)中，建立了兩個(gè)坐標(biāo)系：一個(gè)為地面坐標(biāo)系，x軸為正南方向，y軸為正東方向，z軸為垂直地心向上，太陽的位置建立在此坐標(biāo)系中，其中α為理論太陽天頂角，θ為理論太陽水平角；另一個(gè)為碟面坐標(biāo)系，用于追蹤系統(tǒng)中，表示碟面當(dāng)前的狀態(tài)，因?yàn)榱⒅陌惭b誤差，它與地面坐標(biāo)系相似但存在一定誤差，其中αm為此坐標(biāo)系中太陽天頂角，θm為此坐標(biāo)系中太陽水平角；

通過步驟1)中得到的數(shù)據(jù)擬合出立柱的誤差，實(shí)現(xiàn)地面坐標(biāo)系與鏡面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，過程如下：

2.1)建立地面坐標(biāo)系Us和碟面坐標(biāo)系Us’，兩個(gè)坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)化關(guān)系可表示為：

2.2)鏡像軸的偏差ΔUs＝Us’-US，設(shè)ΔUs＝T*aR，則：

2.3)以球面坐標(biāo)系表示US與US’，則：

2.4)對(duì)Us分別求α和θ的偏導(dǎo)，則：

又因，

得出

2.5)在步驟1)中得到的追日運(yùn)行數(shù)據(jù)(α，θ)、(αm，θm)有L組，

令

其中K＝1,2,3…L.

通過最小二乘法擬合a1，a2，a3如下：

至此，得到了地面坐標(biāo)系與碟面坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

所述步驟1)中，如果數(shù)據(jù)采集期間發(fā)生偏離追蹤的現(xiàn)象，則強(qiáng)制系統(tǒng)再次啟動(dòng)，直到完成數(shù)據(jù)的采集；采集過程需要至少3個(gè)小時(shí)的發(fā)電運(yùn)行數(shù)據(jù)。

本發(fā)明利用設(shè)備追日運(yùn)行過程中的太陽位置在追日系統(tǒng)中的記錄數(shù)據(jù)與在實(shí)際中的軌跡數(shù)據(jù)，結(jié)合最小二乘法，擬合出了追日系統(tǒng)中坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了立柱的幾何校準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：本發(fā)明僅需要三個(gè)小時(shí)的碟面運(yùn)行數(shù)據(jù)，效率高；以最小二乘法實(shí)現(xiàn)誤差擬合，精度高。

附圖說明

圖1是碟式Stirling太陽能碟面立柱幾何校準(zhǔn)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1，一種碟式Stirling太陽能碟面立柱幾何校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

1)采集碟面追蹤系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)：在設(shè)備具備發(fā)電條件后，操作人員強(qiáng)制啟動(dòng)設(shè)備追日系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)，采集追日系統(tǒng)中的太陽位置數(shù)據(jù)與實(shí)際中太陽軌跡數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)采集期間發(fā)生偏離追蹤的現(xiàn)象，則強(qiáng)制系統(tǒng)再次啟動(dòng)，直到完成數(shù)據(jù)的采集。采集過程需要至少3個(gè)小時(shí)的發(fā)電運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2)立柱偏差擬合：立柱偏差的擬合實(shí)質(zhì)上是指擬追蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。本步驟利用步驟1)的數(shù)據(jù)，采用本發(fā)明提出的算法，結(jié)合最小二乘法，擬合出兩坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，即得到立柱的偏差值。

3)將偏差值輸入設(shè)備控制系統(tǒng)。將上一步得到的立柱偏差值輸入到控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)得到了追蹤系統(tǒng)坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)高精度的太陽追蹤。

4)判斷太陽追蹤系統(tǒng)是否再次出現(xiàn)偏離。在輸入擬合出的立柱偏差后，再次啟動(dòng)系統(tǒng)，并觀察其運(yùn)行狀態(tài)；

如果系統(tǒng)再次出現(xiàn)偏離跟蹤的現(xiàn)象，則需要重復(fù)步驟2)、3)、4)。一般來說，一次即可實(shí)現(xiàn)立柱的幾何校準(zhǔn)。

進(jìn)一步，所述步驟2)中，為了說明立柱偏差的擬合方法，建立了兩個(gè)坐標(biāo)系：一個(gè)為地面坐標(biāo)系，x軸為正南方向，y軸為正東方向，z軸為垂直地心向上，太陽的位置建立在此坐標(biāo)系中，其中α為理論太陽天頂角，θ為理論太陽水平角；另一個(gè)為碟面坐標(biāo)系，用于追蹤系統(tǒng)中，表示碟面當(dāng)前的狀態(tài)，因?yàn)榱⒅陌惭b誤差，它與地面坐標(biāo)系相似但存在一定誤差，其中αm為此坐標(biāo)系中太陽天頂角，θm為此坐標(biāo)系中太陽水平角。本步驟的目的是通過步驟1)中得到的數(shù)據(jù)擬合出立柱的誤差，實(shí)現(xiàn)地面坐標(biāo)系與鏡面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，過程如下：

2.1)建立地面坐標(biāo)系Us和碟面坐標(biāo)系Us’，兩個(gè)坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)化關(guān)系可表示為：

2.2)鏡像軸的偏差ΔUs＝Us’-US，設(shè)ΔUs＝T*aR，則：

2.3)以球面坐標(biāo)系表示US與US’，則：

2.4)對(duì)Us分別求α和θ的偏導(dǎo)，則：

又因，

可以得出

2.5)在步驟1)中得到的追日運(yùn)行數(shù)據(jù)(α，θ)、(αm，θm)有L組，

令

其中K＝1,2,3…L.

通過最小二乘法擬合a1，a2，a3如下：

至此，得到了地面坐標(biāo)系與碟面坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

本發(fā)明利用設(shè)備追日運(yùn)行過程中的太陽位置在追日系統(tǒng)中的記錄數(shù)據(jù)與在實(shí)際中的軌跡數(shù)據(jù)，結(jié)合最小二乘法，擬合出了追日系統(tǒng)中坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了立柱的幾何校準(zhǔn)。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。