專利名稱：高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽跟蹤器檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著太陽能開發(fā)、太陽監(jiān)測日益受到各方面的重視，出現(xiàn)了一大批可自動跟蹤太陽的太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器。太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器廣泛用于太陽能發(fā)電、氣象監(jiān)測(太陽輻射測量、大氣)等領(lǐng)域。為保證跟蹤精度，大部分太陽跟蹤器采用閉環(huán)的工作模 式，利用光電池、光電二極管、成像器件等光電傳感器來提供太陽指向偏差的反饋。在太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的調(diào)試、試驗(yàn)及指向精度檢驗(yàn)中，太陽光照環(huán)境是必不可少的試驗(yàn)條件之一。建立太陽光照環(huán)境一種最直接的方法是利用室外天然太陽光，以天然太陽光來測試太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的試驗(yàn)裝置，較為簡單。室外測試方法的缺點(diǎn)之一為需要在室外建立完善的測試環(huán)境，包括電源、必要的儀器儀表等。室外測試方法的缺點(diǎn)之二為受季節(jié)、天氣狀況的影響，天氣陰暗、陰雨時，難以進(jìn)行太陽跟蹤試驗(yàn)。室外測試方法的缺點(diǎn)之三為室外環(huán)境對太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的不利影響，空氣中的灰塵、水汽等物質(zhì)可能大量進(jìn)入太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器內(nèi)部。對于工作環(huán)境為太空的宇航用太陽跟蹤設(shè)備或跟蹤器而言，由于其自身裝有價格昂貴的電子元件和精密光學(xué)元件，大多數(shù)太陽跟蹤測試應(yīng)該在超凈間內(nèi)進(jìn)行，不應(yīng)該在室外進(jìn)行。為了便于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的太陽跟蹤試驗(yàn)，常常需要太陽光模擬裝置來建立太陽光照環(huán)境。其中，模擬太陽光的高度角可以改變。依靠這種高度角可變的模擬太陽光，可令太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器上的光電傳感器產(chǎn)生反饋信號，使系統(tǒng)獲取高度角偏差信號，從而可以測試太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的閉環(huán)跟蹤特性。借助太陽光模擬裝置，可以檢測太陽跟蹤器的太陽指向精度，包括動態(tài)跟蹤精度和靜態(tài)跟蹤精度。大多數(shù)太陽光照模擬方法或裝置采用“單軸轉(zhuǎn)臺”方案來測試太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的單自由度太陽跟蹤性能?！皢屋S轉(zhuǎn)臺”的方案如下，其中的太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器放置在可單軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺上，太陽模擬器位置固定。如果轉(zhuǎn)臺以給定的速率轉(zhuǎn)動，那么在一定的范圍內(nèi)，模擬太陽光入射到太陽跟蹤設(shè)備光電反饋元件的方位角或高度角將改變。為了便于描述，本發(fā)明所述的模擬太陽光高度角為模擬太陽光與水平面的傾角。現(xiàn)有的“單軸轉(zhuǎn)臺”太陽光照模擬裝置存在下面的問題。第一個問題，現(xiàn)有的裝置要求太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器必須在轉(zhuǎn)臺上旋轉(zhuǎn)，這樣可能損傷太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器。在轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動過程中，可能損傷太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器部件，例如電氣連接線可能在轉(zhuǎn)臺的多圈(幾千甚至幾萬圈)連續(xù)旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生嚴(yán)重的扭曲變形。
第二個問題，采用“單軸轉(zhuǎn)臺”方案，一般要改動太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的機(jī)械設(shè)計?？紤]到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)速度過快時，轉(zhuǎn)臺上的太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器可能產(chǎn)生滑動，甚至可能滑下轉(zhuǎn)臺，一般要對轉(zhuǎn)臺和太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器增加用于固定的工裝。對于已經(jīng)成型的太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器產(chǎn)品而言，添加僅用于測試用的機(jī)械裝置，可能一系列的問題，包括造價、強(qiáng)度等。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置及方法。高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器，該裝置還包括反射鏡、傾角測量裝置、反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動臺、反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌、水平位移測量裝置、太陽模擬器、反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)；反射鏡安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，傾角測量裝置與反射鏡相連；反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一端；反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在運(yùn)動臺上；運(yùn)動臺安裝在反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌上；水平位移測量裝置與反射鏡水平位移運(yùn)動 導(dǎo)軌相連；太陽模擬器與反射鏡相對應(yīng)。高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬方法包括以下步驟步驟一調(diào)整太陽模擬器的出射光線方向，使太陽模擬器出射光束平行于水平面照射到反射鏡上，測量太陽模擬器出射光束中心線到太陽跟蹤裝置的垂直距離h值；步驟二 跟據(jù)需要的太陽高度角α，計算出反射鏡的水平位移值為X，手動調(diào)整反射鏡在水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌上的位移，改變反射鏡的水平位移到X，
hX=-；
tan a步驟三根據(jù)需要的太陽高度角α，計算出反射鏡與水平面的傾角β，手動調(diào)整反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)整反射鏡與水平面的傾角到β，
η π aβ =---；
2 2得到需要的太陽高度角α的模擬太陽光。本發(fā)明的有益效果是在整個太陽光照模擬過程中，太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的運(yùn)動完全是自主的，待測太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器不需要被太陽光照模擬裝置旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動，避免了太陽光照模擬過程中太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的可能損傷；進(jìn)而調(diào)節(jié)模擬太陽光的高度角，使得太陽光的高度角按照預(yù)期變化，實(shí)現(xiàn)高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬。


圖I為本發(fā)明高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖I所示，本發(fā)明提供的高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器7，該裝置還包括反射鏡I、傾角測量裝置2、反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、運(yùn)動臺4、反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌5、水平位移測量裝置6、反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)8 ;反射鏡I安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上,傾角測量裝置2與反射鏡I相連；反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)8安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3的一端；反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3安裝在運(yùn)動臺4上；運(yùn)動臺4安裝在反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌5上；水平位移測量裝置6與反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌5相連；太陽模擬器7與反射鏡I相對應(yīng)。反射鏡1，用于調(diào)整模擬太陽光的傾角，使模擬太陽光入射到太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器光電反饋元件的視場內(nèi)。傾角測量裝置2，可完成反射鏡I與水平面傾角測量及顯示等功能。反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，用來調(diào)整反射鏡I與水平面的傾角。 運(yùn)動臺4，可以在反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌5上相對滑動，用來改變反射鏡I的水平位移；運(yùn)動臺4承載有反射鏡I、傾角測量裝置2、反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)8，共同完成位移運(yùn)動。水平位移測量裝置6，可完成位移測量和位移顯示等功能。太陽模擬器7，用來提供模擬的太陽光入射到反射鏡I。本發(fā)明提出的高度角人工可調(diào)的太陽光模擬裝置及方法，不采用移動被測太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的方法來改變模擬太陽光的高度角，而是采用改變反射鏡位移及其傾角的方法。結(jié)合圖I和圖2，本發(fā)明提供的高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬方法，采取以下步驟步驟一調(diào)整太陽模擬器7的出射光線方向，使太陽模擬器7出射光束平行于水平面照射到反射鏡I上，測量h值，h為太陽模擬器7出射光束中心線到太陽跟蹤裝置或太陽跟蹤器光電反饋元件表面的垂直距離；步驟二 跟據(jù)需要的太陽高度角α，計算出反射鏡I的水平位移值為X，手動調(diào)整反射鏡在水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌上的位移，改變反射鏡I的水平位移到X，
hX =-；
Xma步驟三根據(jù)需要的太陽高度角α，計算出反射鏡I與水平面的傾角β，手動調(diào)整反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)8，調(diào)整反射鏡I與水平面的傾角到β，
η Tl CCβ ----；
2 2通過上面三個步驟的調(diào)整，最后可以提供所需高度角α的模擬太陽光進(jìn)入待測太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的光電反饋元件(光電池、光電二極管、CCD等成像器件)的視場中。根據(jù)本發(fā)明的高度角人工可調(diào)的太陽光模擬裝置及方法，模擬太陽光變化貼近待測太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的工作條件，太陽光照模擬試驗(yàn)直觀，有利于太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器開發(fā)人員調(diào)試、測試太陽跟蹤設(shè)備或太陽跟蹤器的各個模塊，具有廣泛的應(yīng) 用空間。
權(quán)利要求
1.高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置，包括太陽模擬器(7)，其特征在于，該裝置還包括反射鏡(I)、傾角測量裝置(2)、反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)、運(yùn)動臺(4)、反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌(5)、水平位移測量裝置(6)、反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)(8);反射鏡(I)安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)上，傾角測量裝置(2)與反射鏡(I)相連；反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)的一端；反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)安裝在運(yùn)動臺(4)上；運(yùn)動臺(4)安裝在反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌(5)上；水平位移測量裝置(6)與反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌(5)相連；太陽模擬器(7 )與反射鏡(I)相對應(yīng)。
2.高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一調(diào)整太陽模擬器(7)的出射光線方向，使太陽模擬器(7)出射光束平行于水平面照射到反射鏡(I)上，測量太陽模擬器(7)出射光束中心線到太陽跟蹤裝置的垂直距離h值； 步驟二 根據(jù)需要的太陽高度角α，計算出反射鏡(I)的水平位移值為X，手動調(diào)整反射鏡在水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌上的位移，改變反射鏡(I)的水平位移到X，
全文摘要
高度角人工可調(diào)的太陽光照模擬裝置及方法，屬于太陽跟蹤器檢測技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明裝置反射鏡安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，傾角測量裝置與反射鏡相連；反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一端；反射鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在運(yùn)動臺上；運(yùn)動臺安裝在反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌上；水平位移測量裝置與反射鏡水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌相連；太陽模擬器與反射鏡相對應(yīng)；本發(fā)明的方法測量太陽模擬器出射光束中心線到太陽跟蹤裝置的垂直距離h值；手動調(diào)整反射鏡在水平位移運(yùn)動導(dǎo)軌上的位移，改變反射鏡的水平位移到x；手動調(diào)整反射鏡旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)整反射鏡與水平面的傾角到β，；得到需要的太陽高度角α的模擬太陽光。
文檔編號G05D3/00GK102819267SQ20121028090
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者王紅睿, 方偉, 王玉鵬, 葉新 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所