發(fā)布時(shí)間：2020-11-22 02:16

　　 本文提出了一種新的計(jì)算和優(yōu)化組合拋物面碟式太陽能聚光系統(tǒng)光學(xué)效率的方法。該方法是基于反射點(diǎn)光學(xué)效率的計(jì)算方法演化而來,考慮了真實(shí)太陽光強(qiáng)分布和光學(xué)誤差高斯分布,可應(yīng)用于不同曲面的組合反射鏡。本文首先計(jì)算了單個(gè)反射鏡的光學(xué)效率,然后計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的光學(xué)效率,并將其結(jié)果與SolTrace結(jié)果相對比,結(jié)果顯示該方法在保證準(zhǔn)確性的同時(shí),還能夠使計(jì)算量大幅減少。本文以一個(gè)反射面積為62.25 m2的249塊方形球面鏡組合碟式系統(tǒng)為例,研究了其系統(tǒng)的光學(xué)效率和攔截率受系統(tǒng)焦距、接收器半徑、光學(xué)誤差以及鏡面焦距等因素的影響大小及變化趨勢。為使組合碟式系統(tǒng)凈熱效率最大,本文進(jìn)一步對接收器半徑、系統(tǒng)焦距和鏡面焦距的大小進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果顯示,在光學(xué)誤差為2 mrad時(shí),當(dāng)所有球面鏡的鏡面焦距等于鏡面中心到接收器距離時(shí),優(yōu)化后的接收器半徑為0.10 m,系統(tǒng)焦距為7 m,最佳凈熱效率86.05%,此時(shí)系統(tǒng)攔截率為98.81%。若采用統(tǒng)一的鏡面焦距,則最佳鏡面焦距為8 m,此時(shí)系統(tǒng)凈熱效率及攔截率分別為85.87%和98.60%。此外,本文還專門針對計(jì)算中應(yīng)用到的太陽光強(qiáng)分布模型作詳細(xì)的分析。本文回顧了常用的十個(gè)太陽光強(qiáng)分布模型,并分析了各個(gè)模型對碟式太陽能系統(tǒng)性能預(yù)測及優(yōu)化的影響。首先,本文采用插值法擬合實(shí)測數(shù)據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)模型,作為對比分析的基礎(chǔ)并用SolTrace驗(yàn)證。然后,通過太陽光強(qiáng)分布與光學(xué)誤差高斯分布的卷積獲得反射光強(qiáng)分布,進(jìn)一步研究了各個(gè)太陽光強(qiáng)分布模型在不同因素下對系統(tǒng)性能預(yù)測和優(yōu)化結(jié)果的影響差別。其中設(shè)置了多種參數(shù)條件變化情況,包括接收器半徑與系統(tǒng)焦距的比值、系統(tǒng)邊緣角、光學(xué)誤差及太陽周邊率等。結(jié)果表明,在光學(xué)誤差小于5 mrad時(shí),太陽光強(qiáng)分布模型對光學(xué)性能的預(yù)測和優(yōu)化有較大影響。其中,性能預(yù)測時(shí)的最大差別可達(dá)40%,優(yōu)化后的結(jié)果誤差可達(dá)3.45%。由于各種近似模型都存在較大誤差,因此,本文基于實(shí)測數(shù)據(jù)建立了標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)模型并將其應(yīng)用在計(jì)算和優(yōu)化過程中。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK513.1
【部分圖文】：

?．??圖１．丨八達(dá)嶺塔式太陽能發(fā)電站（北京，２０１２）??槽式聚光太陽能系統(tǒng)是將太陽光經(jīng)柱面鏡反射后聚焦到中空接收聚熱管處，??目前己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)行。槽式系統(tǒng)的設(shè)備簡單，成本較低，也便于安裝維修，??但因其聚光比較小，導(dǎo)致槽式系統(tǒng)的輻射損失較大。上世紀(jì)８０年代后期，美國??加利福尼亞州開始推行“太陽能熱發(fā)電站”項(xiàng)目（ＳＥＧＳ），美國ＬＵＺ公司先后建??造了?９座槽式太陽能發(fā)電站，總裝機(jī)容量達(dá)到３５４ＭＷ。ＳＥＧＳ太陽能熱發(fā)電廠??的發(fā)電成本一般在１２－１４美分／（ｋＷ＊ｈ）左右，而以色列Ｓｏｌｅｌ公司在此基礎(chǔ)上進(jìn)一??步發(fā)展，可以將成本進(jìn)一步降低到５．５美分／（ｋＷ＊ｈ）ｔ６］。希臘在１９９７年投運(yùn)了克??里達(dá)槽式太陽能電站

可以將成本進(jìn)一步降低到５．５美分／（ｋＷ＊ｈ）ｔ６］。希臘在１９９７年投運(yùn)了克??里達(dá)槽式太陽能電站，裝機(jī)容量為５０ＭＷ。２００７年，在美國內(nèi)華達(dá)州圓石城的??沙漠中，一座６４ＭＷ的槽式太陽能發(fā)電廠正式投入運(yùn)行Ｈ?（如圖１．２所示）。??－：?．?＇：８??，．一……．：?論?３??；??圖１．２Ｓｏｌａｒ〇ｎｅ發(fā)電廠（美國內(nèi)華達(dá)州，２００７．６正式投入商業(yè)運(yùn)營）??３??

太陽能系統(tǒng)鏡面。美國ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ?Ｄｏｕｇｌａｓ航天公司在２０世紀(jì)９０年代研發(fā)了一??個(gè)８７．７平方米的組合方形平面鏡碟式聚光系統(tǒng)，輸出功率為９０?ｋＷ，聚光效率??可以達(dá)到８８％左右［４１Ｌ圖１．３展示了澳大利亞國立大學(xué)（ＡＮＵ）在１９９４年設(shè)計(jì)??的一個(gè)４００平方米的ＡＮＵ‘ＳＧ３’太陽能碟式鏡面系統(tǒng)原型，該系統(tǒng)由５４個(gè)三角??形球面鏡組成，系統(tǒng)焦距為１３．１ｍ，系統(tǒng)邊緣角為４６．６°?［４２］。隨后以色列的本？古??里安大學(xué)建成了類似的Ｉｓｒａｅｌ?ｄｉｓｈ系統(tǒng)【４３］？但每個(gè)三角形球面鏡是由長方形鏡面??切割成梯形鏡面后再組裝出來的，十分耗費(fèi)成本。所以在澳大利亞政府部門的支??持下，ＡＮＵ在２０１１年又設(shè)計(jì)建造了一個(gè)５００平方米的ＡＮＵ５００碟式鏡面原型??系統(tǒng)［４４］，如圖１．５所示。它是由３８０個(gè)相同的１．１７ｍ＊丨．１７ｍ方形球面鏡組成，系??統(tǒng)焦距為１３．４ｍ。同年，Ｌｉｌｉｆａｎｇ和Ｓｔｅｖｅｎ［４５］提出了平面鏡組合鏡面技術(shù)，用電??纜將多個(gè)平面鏡的底部連接在同一處成碟式狀，制造了一個(gè)開口直徑為５６０ｍｍ??測試規(guī)模的碟式組合鏡面。劉志強(qiáng)和Ｊｕｓｔｉｎ等［４６］在２０１２年設(shè)計(jì)了一個(gè)由１６４塊??平面鏡組成的８．１５ｋＷ碟式系統(tǒng)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 王云峰;季杰;李明;陳海飛;;多平面鏡線性組合太陽能聚光器的設(shè)計(jì)和聚光特性[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2016年04期

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本文編號：2893949