用于定日镜的闭环控制系统的制作方法

本发明一般地涉及诸如定日镜系统之类的太阳能收集系统。更具体地，本发明的实施例涉及一种用于包括被配置成将太阳能指引到一个或多个太阳能接收机上的多个定日镜的太阳能收集系统的控制系统。虽然在本文中将在特别参考该应用的情况下来描述某些实施例，但将领会到的是本发明不限于此类使用领域，并且可在更宽泛的背景下适用。

背景技术：

1、绝不应将遍及本说明书的背景技术的任何讨论认为是此类技术是广泛已知的或形成本领域中的一般公知常识的一部分的认可。

2、结合了定日镜的太阳能收集系统包括一种控制系统，其负责控制每个定日镜的角度以高效地将太阳能指引到中央能量收集器上。当前已知控制系统要求将定日镜的子集临时地改向到辅助目标以便再校准以及随后基于校准数据而使定日镜改向回到主要目标。结果是为每个定日镜提供精确的引导坐标，这应理想地对定日镜进行校准。

3、这些系统的准确度和因此的性能受限于由控制系统的非理想性质引起的多个限制。这些非理想性质包括：

4、定日镜控制瞄准系统对输入控制信号的非线性响应。例如，该瞄准系统可具有控制信号与指向之间的滞后。此外，该瞄准系统可结合具有动态特性的元件，如相对于时间对控制信号进行积分或微分并可具有未知增益、常数等的机构。

5、定日镜控制瞄准系统对控制信号的不确定性响应。例如，该系统可易受到噪声或其它不确定性扰动的影响。该系统也可能由于对诸如温度、湿度或降雨之类的不同气候条件的知之甚少的响应或由于可变质量系统组件正处于不同磨损状态而遍及其寿命内有差异地进行响应。

6、为了解决上述准确度限制，已提出了定日镜的闭环控制。

7、在kribus,a等人在energy,2004,29,(5–6),905–913中的“closed loop controlof heliostats”中，使用围绕着接收机放置的相机来提供闭环控制。

8、在convery,m.r.在proc.ofspie 2011中的“closed-loop control for powertower heliostats”中，使用压电致动器来振动定日镜并使用振动频率来在接收机上识别定日镜信号。

9、pct公开wo 2012/125748-a2涉及一种用于使日光集中到目标上并观察经光学修改并分布的日光来以使经改向的日光集中到目标部分上的方式驱动光改向元件的方法。

10、pct公开wo2012/125751涉及一种用于使来自光源的日光集中到接收机上并且涉及到利用闭环控制系统中观察到的衍射日光以使日光集中到目标上的方式驱动光改向元件的方法。

11、pct公开wo2012/117123涉及一种具有闭环控制系统的定日镜，该闭环控制系统通过来自一直比较信号的传感器的信号反作用地供应。这些信号控制主要驱动和辅助驱动以便在目标处实现期望的指向条件。

12、美国专利9,010,317涉及一种用于控制定日反射镜的定向的闭环跟踪系统，例如太阳跟踪系统。该跟踪系统同时地通过信号射束目标从光学元件发射和接收信号射束。

13、美国专利申请公开2012/174909涉及一种用于控制定日镜的系统，该定日镜被用作热源以驱动涡轮机引擎以便产生太阳能，在太阳能发电厂处的太阳能系统中，具有用于接收从反射元件反射的日光的相机。

14、所有上述闭环系统依赖于安装在定日镜本身上的辅助射束或光学设备。每个定日镜设备上的硬件的添加显著地增加系统的复杂性和成本，并且还增加系统中的硬件故障的可能性。

15、因此，在基于定日镜的太阳能收集装置中期望更高效的控制系统。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制太阳能收集装置中的定日镜的指向的方法，该方法包括如下步骤：

2、a)使定日镜指向一定的方向，使得入射太阳能被作为立体角的射束朝着太阳能接收机的目标区反射；

3、b)使用以规则的时间间隔拦截射束的路径的传感器的分布来感测来自定日镜的射束的存在；

4、在该间隔期间，执行闭环控制程序以迭代地改变定日镜的指向以使射束进入目标区。

5、在一个实施例中，传感器的分布位于可绕着接收机的表面移动的臂上。

6、在一个实施例中，步骤c)包括子步骤：

7、c)i)估计射束在接收机上当前的位置。

8、在一个实施例中，步骤c)包括子步骤：

9、c)ii)将所估计的射束当前的位置与目标区的位置相比较，以导出位置矢量。

10、在一个实施例中，步骤c)包括子步骤：

11、c)iii)基于位置矢量来计算指向调整信号，该指向调整信号被提供给定日镜的致动器控制系统以改变指向。

12、在一个实施例中，射束的所估计的当前位置由通过传感器的分布所感测的射束轮廓确定。

13、在一个实施例中，预定间隔在0.1秒至1分钟的范围内。优选地，该预定间隔是规则的时间间隔。

14、在一个实施例中，基于存储的指向坐标来执行步骤a)。在另一实施例中，在步骤a)中，定日镜指向基于已修改的先前确定的位置来计算的位置。在某些实施例中，基于对外部场的参考而执行步骤a)。

15、优选地，在多个定日镜上同时地执行根据第一方面的方法。

16、在一个实施例中，传感器的分布能够在角度上区分来自不同定日镜的射束。

17、根据本发明的第二方面，提供了一种用于太阳能收集装置的控制系统，该装置包括布置为邻近于中央接收机的多个个体角度可控定日镜，该定日镜能够倾斜以将太阳能作为立体角的射束朝着中央接收机的目标区反射，该控制系统包括：

18、测量设备，其能够被跨包括目标区的中央接收机的表面而扫描，该测量设备包括被配置成感测来自定日镜的射束的存在的光传感器的分布；以及

19、控制器，其用于执行闭环控制程序以迭代地改变定日镜的指向以使射束进入目标区。

20、在一个实施例中，所述闭环控制程序包括子步骤：

21、c)i)估计射束在接收机上当前的位置。

22、在一个实施例中，所述闭环控制程序包括子步骤：

23、c)ii)将所估计的射束当前的位置与目标区的位置相比较，以导出位置矢量。

24、在一个实施例中，所述闭环控制程序包括子步骤：

25、c)iii)基于位置矢量来计算指向调整信号，该指向调整信号被提供给定日镜的致动器控制系统以改变指向。

26、在一个实施例中，所述控制器进一步被配置成执行初始指向程序以使定日镜指向目标区的大体方向。

27、在一个实施例中，基于存储的指向坐标来执行初始指向程序。在另一实施例中，在初始指向程序中，定日镜指向基于已修改的先前确定的位置来计算的位置。在某些实施例中，基于对外部场的参考而执行初始指向程序。

28、根据本发明的第三方面，提供了一种用于监视和/或测量多个有方向性的辐射源的装置，每个辐射源将辐射作为有限立体角的射束来指引，所述装置包括：

29、测量设备，其具有在角度上互相区分有方向性的辐射源的能力；

30、用以跨或通过来自每个辐射源的辐射射束的至少50％撞击在其上面的区域扫描测量设备的部件；以及

31、用以在所述扫描期间在测量设备的连续位置处记录分别地在测量设备处检测到的一组多个图像的部件；

32、控制器，其用于执行闭环控制程序以迭代地改变相应辐射源的指向以使射束进入目标区，

33、其中随着测量设备被跨所述区域扫描而在测量设备的不同位置处记录来自所述多个有方向性的辐射源的辐射，并且该位置在所述一组多个图像中是充分可区别的以允许在测量设备跨或通过所述区域的单次扫描期间允许有方向性的辐射源的同时测量和/或监视。

34、在一个实施例中，所述测量设备包括传感器阵列，每个传感器具有多个辐射响应像素，并且在阵列的每个位置处，在像素的不同的相应子集处记录来自多个有方向性的辐射源的辐射，并且子集在所述一组多个图像中是充分可区别的以允许在传感器阵列跨或通过所述区域的单次扫描期间允许有方向性的辐射源的同时测量和/或监视。

35、在一个实施例中，测量设备包括被配置成将辐射指引到一个或多个传感器上的可倾斜反射镜阵列。在另一实施例中，测量设备包括具有相关联的计算机控制器的单像素相机阵列。

36、在一个实施例中，所述子集是互斥的。在另一个实施例中，这些子集共享一个或多个公共像素。