利用星光表征定日镜制造技术

本发明专利技术提供一种对已存在的倾斜、斜率误差和/或指向的测量方法的改进，其通过使用一个或多个摄像机来观测天空中光点的反射，例如在夜空中可见的恒星和/或行星在定日镜面中的反射。一种说明性的定日镜测量系统包括多个定日镜，和至少一个摄像机，该摄像机观测至少一个定日镜。所述定日镜反射可以由至少一个摄像机观测的天空的图像。该系统还包括(i)从多个定日镜中的至少一个定日镜反射的至少一个捕捉的天空的图像；和(ii)包括程序的电脑，所述程序根据捕捉到的图像确定定日镜缺陷，其中所述定日镜缺陷选自斜率误差、倾斜误差和指向误差中的至少一个。

Using the star to characterize the setting mirror

The present invention provides an improvement in the existing method of measurement of tilt, slope error, and / or pointing by using one or more cameras to observe the reflection of light points in the sky, such as the reflection of stars and / or planets visible in the night sky in the fixed day mirror. An illustrative heliostat measurement system includes a plurality of heliostats and at least one camera that observes at least one heliostat. The reflector can reflect images of the sky that can be observed by at least one camera. The system also includes (I) an image of at least one captured sky reflected from at least one fixed daily mirror in a plurality of fixed day mirrors; and (II) a computer including a program that determines the endoscope defect based on the captured image, in which the endoscope defect is selected from at least one of the slope error, the tilt error, and the pointing error. .

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用星光表征定日镜优先权本申请要求于2015年6月19日提交的第62/182196号美国临时申请的权益，为各种目的，通过引用将其全部内容并入本文中。
本专利技术涉及在集中式太阳能(CSP)领域中用于将太阳光反射到太阳能发电站中的目标体的定日镜的光学对准。更具体地，本专利技术涉及一种多面定日镜或单面定日镜的各个面的相对对准、各个面的形状的测量以及一个或多个定日镜的整体指向。
技术介绍
在现有技术中已经较好地确立了集中式太阳能领域(CSP)中对于定日镜的使用。典型的CSP系统包括至少一个中心塔和对应于每个中心塔的多个定日镜。以该塔作为焦点，相应的多个定日镜统一重定向到该塔，并将太阳光聚集到与该塔相关的目标体(也称为聚焦点或接收器)上，在此意义上该塔是中心化的。因此塔接收器处的阳光的集中直接与定日镜或与塔相关的其他聚集器的数量相关，该数量达到某些基本限制。这种方法能够将太阳能聚集到非常高的等级，例如在1000X的级别，如果需要的话可以达到更高。在实际应用中，许多系统将阳光聚集在50X到5000X的范围。高度聚集的太阳能接着能够被塔接收器转换为其他有用的能量形式。实践中的一种模式是将聚集的太阳能转换为热能，该热能被直接或间接地用于例如通过产生蒸汽，以对发电机、工业设备等提供动力。在其他实践模式中，通过使用任何数量的光伏设备(也称作太阳能电池)，能够将被聚集的太阳能直接转换为电力。定日镜的目的是将阳光反射到目标体上。定日镜或者其运行中的任何缺陷均能够引起阳光的偏离或者不均匀地照亮目标体，导致能量损失和收益损失。定日镜一般包括一面或多面镜子，这些镜子通常被称作面，这些面连接至铰接结构。在最高层次，定日镜的缺陷可以被分为三类：面本身的缺陷、面与面的不完全对准以及整个定日镜的不完全指向。现有技术已经提供了多种方法以解决这三种问题中的每个问题。这些问题中的首个问题，即面本身的缺陷，被称为“斜率误差”。具体地，斜率误差为面的实际镜面形状相对于(VS)理想或预设的镜面形状的偏差。每个面一般设计为使其镜面将具有所需的形状，例如平的或可能的弯曲，以通过期望的方式来反射光。如果该面不能匹配所需的这种形状，那么光就会以不是较好的方式被反射，并可能导致阳光损失。存在多种使用实验室设备来测量斜率误差的技术。这些技术包括表面轮廓仪，以及表面映射器，例如桑迪亚国家实验室的SOFAST系统。这些系统往往是固定设备——为了进行测试，面要被带到实验室进行测试，然后再取回与定日镜集成。不幸的是，根据温度、湿度、面连接到定日镜的性质或者定日镜的指向角度(包括可以使面变形的不同的重力和结构载荷)不同，面的这种斜率误差会在实验室和现场安置之间以多种方式改变。因此有必要用一种方法来现场测量面的斜率误差，以便表征其安装后的实际性能，并且还能帮助诊断发生在现场的面畸变的任何原因。第二个缺陷原因是面的不完全对准。当定日镜包括一个以上面时，就经常需要将面相互对准，以便获得反射阳光的某些所需特性，比如反射在目标体上的阳光光斑的最小尺寸。有时这个过程被认为是使定日镜聚焦，但是可以根据任何有效策略来调整定日镜。多面定日镜一般提供用于调整和维持适当对准的装置，而这种调整单个面的过程被称为倾斜。倾斜问题分为两部分：1)选择所需的倾斜策略，以及2)对面进行调整以执行所需的倾斜策略。本专利技术涉及其中的第二项。有任意数量的所需的倾斜策略可以进行使用。例如，一种典型策略为将面调整成近似球体的一部分的形状。本专利技术可以与任何所需的倾斜策略一起使用。对于面的调整经常包括的步骤为测量一个或多个面的倾斜，以知晓该倾斜和所需倾斜的区别程度。一旦测量出这种区别并且确定出任何区别，那么就可以进行校正调整。许多进行这种测量的技术已经在文献中被公开。在2010年的美国机械工程师协会(ASME)第四届关于能源可持续性的国际会议上，Yellowhiar和Ho发布的题为“定日镜的倾斜和聚焦方法：概述以及对比(HeliostatCantingandFocusingMethods:AnOverviewandComparison)”的2010年的论文，就是关于倾斜问题以及关于已经提出的针对倾斜的技术的一份有用调查。现有的测量技术包括机械技术(例如倾斜仪)、涉及对激光束反射的分析的光学技术和涉及对已知物体或特殊构造目标体的反射的分析的光学技术。一般来说，这些现有的倾斜测量技术具有一个共同点，即都需要准确的参照物。参照物中的任何误差都会导致给定面的实际倾斜估计的误差。例如，倾斜仪的使用需要精密倾斜仪，当倾斜仪在面与面之间移动时，它的零点是准确的。涉及激光束的技术需要高度准确的激光束指向——在激光束指向方面的任何误差都会影响到测量的倾斜角。涉及目标体的技术取决于具有准确的目标体和在测量时准确地将定日镜指向目标体。另外，现有技术会遭受欠采样影响。即，如果单独的镜面匹配它的理想形状(虽然通常面需要轻微凹陷，但是其也可以为平的)，那么镜子表面上的单个点的测量结果可以准确代表整个面的倾斜度。然而，多数实际的定日镜镜子具有如上所讨论的斜率误差，因此其不能完全匹配它们的理想形状。实际上，镜面可以具有多个起伏，这些起伏在尺寸上要大于估算定日镜倾斜度时需要的准确度。斜率误差可能限制依赖于少量的点的倾斜度估算的准确度。为了得到倾斜度的准确估算，需要在镜面上测量许多点，可能多达一百个点，甚至多达一千个或更多的点，以便确定镜面的准确的平均角度。因而需要一种能够测量每个面的数百或数千个点的倾斜度测量方法。已存在有用于在数千个点上测量单独的定日镜面的表面角度的专门设备(例如，桑迪亚SOFAST测量装置)。(SOFAST使用观测精确目标体的反射的方法)然而，SOFAST受限于能够进行观测的镜子组件的尺寸，且该镜子组件只能以特定方位进行观测。某些现有技术要求定日镜安置在相对于倾斜测量设备的特定位置中。这在制造时是可以接受的，但是一旦其在现场部署好后，并没有给出关于定日镜是如何进行倾斜的任何信息。某些现有技术的系统能够现场测量。它们一般要求特殊目标体、屏幕等，其通常可以被带到现场并且相对于定日镜进行精确地安装。另一个方法，即HFACET，利用相邻的定日镜作为目标体。由于定日镜的物理接合限制，并且由于其他定日镜反射的阻挡，这种方法具有局限性。大多数倾斜测量技术的缺点在于它们只测量倾斜。对于发电站的性能来说，斜率误差和倾斜误差是一样重要的，从而也需要能够确定斜率误差。已存在系统中的另一局限在于它们一般只测量在一个特定定日镜方位上的倾斜。系统的几何形状要求定日镜相对于测量的目标体或设备以特定角度进行安置。本领域的技术人员将认识到需要注意的一个误差原因为结构偏转——由于定日镜以不同的角度接合，承载面的结构会遭受偏转和变形。这使得有效的倾斜随角度而变化，但是这通过典型的现有技术系统是无法观测的。需要具有一种系统，其通过观测当定日镜以不同的角度接合时倾斜是如何变化的，来测量结构偏转。第三个缺陷原因是整体定日镜指向。典型的现有技术方法将定日镜编程为“盲指”。像乘坐飞行器的飞行员一样，定日镜“看不见”太阳或者目标体。用有关定日镜的位置、塔的位置、发电站的经度和纬度、以及时间的信息对定日镜控制系统进行简单编程。通过这些量，可以计算出太阳的位置，然后可以计算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量一个或多个定日镜缺陷的方法，所述定日镜缺陷选自斜率误差、倾斜误差和指向误差中的至少一种，所述方法包括步骤：a)提供多个定日镜和至少一个摄像机，所述摄像机观测至少一个定日镜，其中所述多个定日镜反射可以由所述至少一个摄像机观测到的天空的图像；b)从所述多个定日镜中的至少一个定日镜反射所述天空的图像：c)使用至少一个摄像机来捕捉所述天空的反射图像；d)使用包括所述天空的反射图像的图像来测量所述定日镜缺陷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/182,1961.一种测量一个或多个定日镜缺陷的方法，所述定日镜缺陷选自斜率误差、倾斜误差和指向误差中的至少一种，所述方法包括步骤：a)提供多个定日镜和至少一个摄像机，所述摄像机观测至少一个定日镜，其中所述多个定日镜反射可以由所述至少一个摄像机观测到的天空的图像；b)从所述多个定日镜中的至少一个定日镜反射所述天空的图像：c)使用至少一个摄像机来捕捉所述天空的反射图像；d)使用包括所述天空的反射图像的图像来测量所述定日镜缺陷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天空的所述图像包括星光图像，其中步骤(c)包括使用至少一个摄像机来捕捉包括反射的星光的成像，其中步骤(d)包括使用所述反射的星光来测量所述定日镜缺陷。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括从所述多个定日镜反射所述天空的图像，步骤(c)包括捕捉来自所述多个定日镜的所述天空的反射图像，以及步骤(d)包括测量所述多个定日镜的定日镜缺陷。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括同时捕捉所述反射图像。5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(b)中的至少一个定日镜包括镜面，其中步骤(d)包括测量所述镜面的斜率误差。6.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(b)中的至少一个定日镜包括多个镜面，其中步骤(d)包括测量所述多个镜面的斜率误差。7.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(b)中的至少一个定日镜包括镜面，其中步骤(d)包括测量所述镜面的倾斜误差。8.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(b)中的至少一个定日镜包括多个镜面，其中步骤(d)包括测量所述多个镜面的倾斜误差。9.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括：i)将捕捉到的图像中的所述天空的反射点的位置与所述点的已知位置信息相关的数据进行比较；以及ii)确定与面斜率误差、面倾斜误差和定日镜指向对准中的至少一个相关的误差。10.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括确定镜子的表面上点的法线矢量。11.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括捕捉所述天空的影像天文图，步骤(d)包括利用所述图像绘制图确定定日镜的面的缺陷。12.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括当所述定日镜可控地接合至预定的方位时，记录天空光照图样。13.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括当所述定日镜沿预定路径可控地接合时，记录天空光照图样。14.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：布雷登·E·海因斯，
申请(专利权)人：太阳能储备科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US