塔式太阳能热发电站定日镜镜面面形检测与三维重构

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015塔式太阳能热发电站定日镜镜面面形检测与三维重构1222刘明义，朱会宾，余强，王华荣（1.中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京102209；2.中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室，中国科学院电工研究所，北京100190）摘要：定日镜是塔式太阳能热发电站的核心装置，对定日镜面形进行快速精确检测是保证电站高效运行的关键。文章基于二维条纹反射方法对定日镜面形的快速检测进行了分析研究，结合Hermite插值理论对面形进行三维重构，

2、其研究结果将提升定日镜的面形检测效率及产品竞争力，具有很好的应用前景。关键词：面形测量；定日镜；三维重构中图分类号：TK514文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-0971-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.07.002[8]0引言处理算法对定日镜面形进行测量。虽然此方法太阳能热发电是太阳能利用的重要方式，是可获得直观可靠地测量结果，但存在两个缺陷：支撑我国国民经济可持续发展的前瞻性、战略性①测量过程仅适用于晴天，因此受天气状况的限[1]～[3]的新能源技术。太阳能热发电站主要由镜场聚制；②仅

3、能得到整体面形的光束质量等参数，不光系统、吸热与热能传递系统、发电系统3部分能确定局部的面形误差。2003年，Arqueros提出组成。塔式太阳能热发电是由大量定日镜和位于在夜间利用CCD相机，拍摄定日镜镜面反射的塔上的吸热器组成的太阳能热发电方式，可实现星光影像，通过对图像序列的分析获取定日镜的[9]较高的聚光比，具备提高电站年均效率的潜力。曲率分布。2008年，MarcRoger提出了基于边界定日镜系统利用数量众多的定日镜将太阳光反检测与摄影测量法的定日镜面形检测技术，用射并汇聚到吸热器，通过吸热器将光能转换成热CCD相机拍摄定日镜的图像，结合边界检测

4、确定能，再经过热力循环来发电。定日镜镜面的开口定日镜及单元镜的边界角点，利用此角点信息计[10]面积较大、焦距较大。目前，世界上已建塔式太阳算面形的法线。该技术已应用到西班牙的2能热发电站各种类型定日镜的面积从几平方米CESA-1电站中，检测了39.6m定日镜，检测精到100多平方米，焦距从几十米到上千米。高精度为1.6mrad。2011年，SteffenUlmer提出基于度的镜面面形是保证定日镜能将太阳辐射准确条纹反射的定日镜面形误差检测方法：镜场中的地反射到吸热器的前提。由于定日镜安装过程投影仪将计算机编制的正弦条纹序列投影到朗中，实际面形与理论设计面

5、形存在一定的偏差，泊靶上，CCD相机拍摄经由定日镜反射的变形条以及受风载荷、自身重力、温度等因素影响，使定纹图像，通过比较条纹图像的变化获得待测定日[4]日镜镜面面形发生变化，导致定日镜镜面无法形镜的面形误差分布情况。2009年，卢振武成功成理想的曲面，因此使反射的光斑偏离吸热器采研制了基于激光束偏转法的定日镜单元镜面形光口，降低聚光效率。为保证电站的高效运行，必检测系统，可进行2m×3m单元镜面形三维坐标[11]须对定日镜镜面面形进行精确检测，定日镜面形的精确测量，测试精度为0.1mrad。该系统对测[4]～[7]的精度直接决定着镜场的聚光效率。试环境有

6、严格要求，虽然检测精度高，但检测时1997年，Monterreal利用数字照相机和图像间较长。收稿日期：2015-01-14。基金项目：中国华能集团科技项目（HNKJ13-H21）。作者简介：刘明义（1977-），男，山东阳谷人，博士，高级工程师，主要从事可再生能源发电技术研究工作。E-mail：Liumingyi@hnceri.com·971·可再生能源2015，33（7）基于条纹反射的定日镜面形检测技术具有检面形检测，其基本检测过程如下。首先由计算机生测精度高、检测效率快、系统架设简易等优点，受成规则的条纹图像，通过投影仪投影显示在白屏到太阳能热利用领

7、域的广泛关注，并应用到各种上；经过标准平面镜与待测镜反射后，由CCD采[12]～[15]太阳能热发电聚光器镜面面形检测中。基于集反射的条纹图案；由于规则条纹受到待测镜表一维四步条纹反射方法，投影仪须分别投影x和面形貌的调制，待测镜面形信息包含在条纹变化y向两个方向至少8幅条纹图像至白屏，图像数量中；通过对采集的变形条纹与参考平面镜反射量较多，检测过程中采集的图像易受噪声影响。条纹对比，得到待测镜反射条纹的变化量；根据相为提高检测效率，本文采用二维条纹反射方法对位变化量与待测镜面形斜率的映射关系，可获取镜面进行检测，只须采集5幅条纹图像即可完成待测镜镜面的斜

8、率分布。条纹反射测量法只能直检测。本文基于广义Hermite插值算