本发明专利技术公开了一种用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置与方法。该装置包括斯特林发电机、太阳能聚光板、太阳位置传感器、光强传感器、风速风向传感器、太阳能聚光板位置传感器、处理器、驱动聚光板转动的伺服电机、安装聚光板和斯特林发电机的碟架，其工作过程为：首先，开机检测是否在正常的工作时间；其次，读取光强传感器信号，根据当前光强给出开关机信号；最后，根据聚光板的当前位置、太阳方位传感器信号驱动电机带动聚光板转动，使聚焦光斑对准斯特林发电机头部。本发明专利技术实现了高效采集利用太阳能，并通过斯特林发电机将太阳能转化为电能，进而大幅度提高斯特林太阳能发电装置的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能源领域，具体将太阳能和斯特林发电机相结合用于太阳能发^^ o
技术介绍
随着社会的发展，节能减排已成为人们所关注的问题，太阳能作为一种新兴的绿 色能源，正得到迅速的发展和应用。对太阳能的开发始终让科学家们满怀憧憬，毕竟太阳能 的应用潜力实在太大，而且至少在我们能够预计的将来是取之不尽的。太阳能斯特林发电是全世界利用太阳能的主要方案，它是将太阳能转换为电能的 新型动力装置。原理是自动跟踪太阳的聚光镜将太阳光聚焦于发动机头部，加热发动机腔 内的高压氢气膨胀推动活塞做功，通过曲柄连杆机构带动发电机转化成电能输出。根据其 原理，其中太阳跟踪是太阳能斯特林发电技术中的关键技术。但是，由于辐射到地面的阳 光受到气候、纬度、经度等自然条件的影响，存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变 化的问题，这对太阳能的高效利用，特别对高精度、稳定地跟踪太阳提出了更高的要求。当 前国内外有基于CCD或者CMOS的高精度太阳方位传感器，但是价格很高，很难在市场民用 市场上大范围推广，还有一些基于光电四象限探测器件或多个光电池构成的太阳方位传感 器，其检测精度不能满足比如斯特林太阳能发电机的高精度对准太阳的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高精度低成本的用于斯特林太阳能发电系统的太阳 跟踪对准装置及其方法。基于PSD (光电位置探测器)的太阳方位传感器实现实时高精度 检测太阳位置；装置根据天气的实际情况、太阳位置和太阳能聚光板的当前位置，采用光电 跟踪与日历查询跟踪相结合的方式跟踪太阳，以使装置高效节能和对天气具有鲁棒性。从 而实现高效采集利用太阳能，并通过斯特林发电机将太阳能转化为电能，进而大幅度提高 斯特林太阳能发电装置的性能。本专利技术是采取以下的技术方案来实现的一种用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置，包括用于跟踪太阳的碟 架、安装在碟架上的用于聚光的聚光板，其特征在于还包括安装在碟架上的用于发电的斯 特林发电机、安装在聚光板上的角度编码器、安装在斯特林发电机上的视场角和精度可调 的基于PSD的太阳位置传感器、光强传感器与风速风向传感器安装在单独地面立杆上，各 传感器与控制系统连接，控制系统与碟架电机和聚光板电机连接，碟架、聚光板均与斯特林 发电机连接。其中的处理过程为根据当前时间，读取当前光强传感器信号、风速风向传感器信 号、太阳位置传感器信号、聚光板位置传感器信号，计算太阳方位角和高度角，根据传感器 信息计算得到控制信息，利用控制算法控制碟架转动，各传感器与处理器连接，处理器与控 制系统处理器连接，控制系统与碟架电机连接，碟架、聚光板均与斯特林发电机连接，聚光板电机与控制系统相连。前述的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置，其特征在于所述基于 PSD的太阳位置传感器包括密封防水的传感器底座、带有太阳光入射小孔和内螺纹的高度 可调结构的遮光筒、安装在光孔上遮挡灰尘和雨水的光学玻璃、PSD、固定PSD的内螺纹和 PSD底座、安装传感器处理器的密封防水的处理器底座和密封防水的信号输出接口。所述光学玻璃通过带有四个螺丝的盖子安装在遮光筒上，PSD通过内螺纹安装在 PSD底座上，PSD底座通过遮光筒内螺纹与遮光筒连接，PSD底座与处理器底座密封防水连 接，处理器底座与信号输出接口、传感器底座密封防水连接。前述的太阳位置传感器视场角，探测范围的计算是a = arctan (r/h)(1)其中，r表示太阳位置传感器PSD的有效光敏面半径，h表示太阳位置传感器中遮 光筒的高度。前述的太阳位置传感器的跟踪精度计算是 其中，dx表示PSD探测器的最小分辨率。根据前述的太阳方位传感器的视场角随着太阳位置传感器中遮光筒高度h的增 大而减小；根据前述的太阳方位传感器的精度随着太阳位置传感器中遮光筒高度h的增大 而增大。因此，通过改变太阳位置传感器中遮光筒高度h可以实现太阳方位传感器的视场 角和精度的可调。前述的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的发电方法，其特征在于 包括以下步骤(1)处理器实时地读取当前时间，判断当前时间是否在工作时间，若在正常开机时 间，则进行开机初始化；若不在正常开机时间，则不启动跟踪程序；(2)当在正常开机时间时，启动跟踪程序根据当前光强判断是否启动自动跟踪 程序，若当光强大于阈值T时，启动自动跟踪程序，否则不启动自动跟踪程序；(3)当光强大于阈值T时，启动自动跟踪程序首先，根据日历计算得到太阳高度 角和方位角；然后，读取太阳能聚光板上的角度编码器传感器信号，得到太阳能聚光板当前 的位置信息，若太阳位置不在太阳位置传感器探测范围内，则驱动碟架电机转动，使太阳位 置在太阳位置传感器探测范围内；最后，根据太阳位置传感器信号，采用跟踪算法驱动电机 带动碟架高精度跟踪太阳，从而使聚焦光斑对准斯特林发电机头部；(4)装置上电后，实时监测风速风向传感器和太阳能聚光板上的角度编码器信号， 评估风的大小对聚光板的影响，并给出相应的报警信号和避风动作，避风动作为控制碟架 电机使聚光板侧对着风向减小风力的影响；实时监测上位机的停车信号，当自动跟踪太阳 时，实时采集发电机气腔内的温度，并向上位机发送该信息；(5)装置跟踪太阳，当时间超过正常工作时间并且光强小于阈值T时，则控制电机停车。前述的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的发电方法，其特征在 于在所述步骤(4)中，实时采集发电机气腔内的温度时，斯特林发电机气腔内布置N个热电偶，1，根据聚焦光斑其能量密度分布为正态分布(高斯分布)，利用热电偶采集光斑 的能量，当聚焦光斑对准发电机头部时，热电偶的信号大小应与正态分布相吻合，根据热电 偶的分布情况对跟踪进行辅助调整。前述的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的发电方法，其特征在 于所述热电偶为12个，呈十字型分布，每一分支上设置三个热电偶。前述的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的发电方法，其特征在 于根据热电偶的分布情况对跟踪进行辅助调整过程中，根据前述的热电偶分布，采集水平 方向六个热电偶的电压值，以中心位置为原点拟合成正太分布曲线，确定最高点对应x轴 坐标即为光斑偏移的距离AX，根据AX的大小对水平方向跟踪进行辅助调整；或采集垂直 方向六个热电偶的电压值得到垂直方向光斑偏移的距离Ay，对垂直方向跟踪进行辅助调整。本专利技术所达到的有益效果本专利技术的用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置及其发电方法，实现了 高效采集利用太阳能，并通过斯特林发电机将太阳能转化为电能，进而大幅度提高斯特林 太阳能发电装置的性能。附图说明图1为本专利技术用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的硬件连接示意 图；图2为本专利技术用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的硬件组成示意 图；图3为基于PSD的太阳位置传感器的结构图；图4为基于PSD的太阳位置传感器的原理示意图；图5为基于PSD的太阳位置传感器的数学模型；图6为本专利技术基于PSD的斯特林太阳能发电方案的太阳跟踪流程图；图7为发电机气腔内热电偶分布和拟合示意图。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。参照图1和2所示，用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置的硬件组成 示意图，本专利技术包括用于跟踪太阳的碟架1、安本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于斯特林太阳能发电系统的太阳跟踪对准装置，包括用于跟踪太阳的碟架（１）、安装在碟架（１）上的用于聚光的聚光板（２），其特征在于：还包括安装在碟架（１）上的用于发电的斯特林发电机（３）、安装在聚光板上的角度编码器（４）、安装在斯特林发电机（３）上的视场角和精度可调的基于ＰＳＤ的太阳位置传感器（５）、光强传感器与风速风向传感器安装在单独地面立杆上，各传感器与控制系统连接，控制系统与碟架电机（７）连接，碟架（１）、聚光板（２）均与斯特林发电机（３）连接，聚光板电机（６）与控制系统相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐贵力，曹传东，周龙，钟志伟，杨小伟，魏许，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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