双轴跟踪碟式太阳能集热器的研究
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塔式太阳能光热电站经济效益分析王斌发布时间:2021-12-22T02:40:37.597Z 来源:《基层建设》2021年第22期作者:王斌[导读] 塔式太阳能光热发电技术因为聚光能力强,能源转化率高,潜力足的特点,所以广泛的应用在各大发电站中。
其中,塔式光热发电技术内的二次反射光热发电体系,是一种全新的技术手段和传统的发电模式相比山东电力建设第三工程有限公司山东省青岛市 266100摘要:塔式太阳能光热发电技术因为聚光能力强,能源转化率高,潜力足的特点,所以广泛的应用在各大发电站中。
其中,塔式光热发电技术内的二次反射光热发电体系,是一种全新的技术手段和传统的发电模式相比,经济效益更好,安全度更高,并且所需要花费的时间较短,设备运维简单,是未来主要的光热发电发展方向。
关键词:塔式太阳能光热电站;经济效益;分析随着全球经济的快速发展,不可再生能源消耗逐渐增多,而且在进行工艺加工时,不断排放的污染物质,也使得气候环境越来越差,全球变暖等问题频发,基于此,秉持可持续发展理念,实现绿色环保和环境友好型的企业转型势迫在眉睫。
太阳能作为可再生清洁能源的主力,本身具有极大的优势,而且体型较为成熟,是主流的新能源发电渠道。
一、太阳能光热发电技术现状太阳能光热发电技术是利用大规模的镜像反射原理来聚集太阳能,并将其转化为热能,再通过常规的热能循环体系,将热能转化为高位电能。
实际工作过程中最常见的三种太阳能光热发电技术,分别是槽式,塔式,碟式光热发电技术,槽式太阳能光热发电技术主要是将太阳光以线的形式聚焦在集热管表面,进而对管内的热能传导介质进行加热,达到一定温度后,介质会通过蒸汽发生器将热量传递到气体中,然后进行常规的热力发电体系。
塔式光热发电系统是在发电中内部安装大量可以反射太阳光的镜面装置,并且将其聚集到特定位置,而后,通过工艺手段观测,明确太阳所在位置设定工作参数,自动跟踪折射太阳光,确保时刻将太阳光反射到顶部集热器中,最后,集热器吸收太阳能转化为热能,并通过热力循环体系进行发电。
a. 双轴跟踪b. 单轴南北向跟踪图1 采用2种跟踪方式的CPV/T系统实验平台实物图Fig. 1 Photo of CPV/T system experimental platform withtwo tracking modes不同跟踪方式的实现,需要光学传感器和电机协调运作。
双轴跟踪方式采用四象限传感器进行信号探测,通过2台电机在东西向和南北向个方向进行跟踪;单轴南北向跟踪方式采用二象限传感器进行信号探测,只需要通过1台电机在南北向进行跟踪。
由于传统的CPC高度过高,制造难成本均偏高,因此在本CPV/T系统中,采用西EMR 型CPC EMR 型CPC多晶硅太阳电池多晶硅PV/T 组件铝合金方管通道光伏玻璃水流方向保温层EV AEV AEV A TPT φ1φtφth,tP e,tφ2φ3图2 CPV/T 系统的结构和能量传输示意图Fig. 2 Schematic diagram of CPV/T system structure andenergy transmission2 CPV/T 系统的热、电性能理论模型2.1 双轴跟踪C P V /T 系统的能量传输方程及其数学模型如图2所示,太阳能能量在CPV/T 系统的传输环节包括聚光环节、光伏发电环节及光热利用环节。
聚光环节的主要设备为EMR 型CPC ;光伏发电环节的主要设备为多晶硅太阳电池;光热利用环节的主要设备为冷却工质流经的铝合金方管通道。
能量在这些环节的传输与转换过程中,共涉及到7个能量参数,分别为φt 、φ1、入射光入射平面法线入射平面跟踪轴θ图3 单轴南北向跟踪方式时的入射角示意图Fig. 3 Schematic diagram of incident angle in north-southsingle-axis tracking mode其中,δ可表示为:=0.006198+0.07025sin t+0.000907sin t+0.00148sin3 0.399912cos t – 0.006758cos2t – 0.002697cos3(22)令t=2π(N–1)/365,其中N为一年中某一天的顺序数。
太阳能光伏发电技术论文【摘要】本文作者围绕着太阳能热发电技术,分别介绍了单轴跟踪技术和双轴跟踪技术,分析了太阳能热发电技术的各种配套技术的发展趋势,最后就其应用趋势谈了一些自己的看法。
【关键词】太阳能;热发电技术;碟式系统引言太阳能热发电是指将太阳光聚集并将其转化为工作流体的高,温热能,然后通过常规的热机或其它发电技术将其转换成电能的技术。
经过30多年的研究和实际运行经验积累,目前太阳能热发电的技术取得了重大进展和突破,电站关键设备的成本也有较大幅度的下降。
太阳能热发电技术可以分为中高温发电和低温发电。
经过几十年的研究发展,中高温发电技术更为成熟,该技术需通过跟踪聚焦来获取所需高温,按照跟踪方式的不同又分为单轴系统和双轴系统。
1 单轴跟踪技术这一技术系统的结构特点是反射镜属于狭长型,仅绕一个轴转动跟踪,使阳光聚焦于线形吸收器上。
1.1 抛物槽式系统1984 年美国南佛罗里达州建立的第一个太阳能发电系统SEGS,采用单轴抛物槽式反射器,转轴按南北方向放置夏季聚焦的偏差较大,聚光比在19∶1 到26∶1 之间。
吸收器表面采用铬金选择性涂层和金属陶瓷涂层,而后者比前者具有更好的性能,工作温度可达391 ℃,用天然气对蒸汽进行过热。
这种太阳能-化石燃料的组合式系统较以往的发电技术具有更好的经济性,并能满足峰值负荷的需求。
但由于没有环境津贴的实质性补助,该系统由于成本高而缺乏市场竞争力。
1.2 线形菲涅尔反射器系统LFR这是不同于槽式系统的另一种单轴跟踪技术。
系统的吸收器固定在镜面上方的空间,反射器由许多长条形镜面组成,反射光束会聚在置于高处的长形塔式接收器上,接收器随反射器转轴平行移动。
无论就目前还是从长远来看,CLFR 和Solarmundo 都比槽式系统的发电成本低。
2 双轴跟踪技术双轴跟踪系统中,聚光反射器的高度角和方位角都可调整,属于点聚焦方式,与单轴系统相比可以获取更高的集热温度。
主要是碟式发电系统和塔式发电系统。
提高光伏发电系统效率的一般方法刘进峰;刘振永;冯栓良【摘要】为解决光伏发电系统中系统发电效率低等的问题,分析探讨了提高光伏发电系统效率提升的7种主要途径并提出了如何通过改变现有光伏发电设备的结构来提高发电效率的方法,分析结果表明最大功率的跟踪法(M P P T)技术是目前降低光伏发电系统发电成本、提高发电效率的最直接、最有效的方法.【期刊名称】《科技创新导报》【年(卷),期】2015(000)034【总页数】2页(P96-97)【关键词】太阳能光伏发电;效率提升;结构【作者】刘进峰;刘振永;冯栓良【作者单位】石家庄学院物理与电气信息工程学院河北石家庄 050035;石家庄学院物理与电气信息工程学院河北石家庄 050035;石家庄学院物理与电气信息工程学院河北石家庄 050035【正文语种】中文【中图分类】TK519光伏发电是太阳能发电的一个主要方式,它利用太阳光照射在光伏发电系统中的光伏电池上产生光生伏特效应,将光能直接转换成电能。
光伏单件的转换效率都在稳步提升,其中光伏逆变器的转换效率已经达到了99%的水平[1]。
面板、电池的效率一直都是光伏转换领域的重点。
目前比较常见的提高光伏发电系统的发电效率手段主要有:提高光电转换效率、提高光板有效接受面积和最大功率点跟踪技术等。
该文将这些方法分别进行阐述。
1 光电转换率的提高光电转换率,是指在太阳能光伏系统中太阳能电池板把太阳光能转化为电能的效率。
光电转换效率是指:在标准状况下(大气质量为AM1.5时的光谱分布,入射的太阳辐照度为1 000 W/m2,温度为25 ℃),单位面积上产生电功率和太阳辐射功率之比[2]。
从当今应用广泛性来看,比较典型的晶体电池有:N型单体电池、P型单体电池、多晶电池、薄膜电池等。
其转化效率如表1所示。
表1 常见太阳能电池的光电转化效率Table 1 Photoelectric conversion efficiency of common solar cells种类材料光电转化率(%)晶体硅太阳能电池单晶硅 14~25多晶硅 11~21薄膜太阳能能电池非晶硅 8~13碲化镉 10~15铜铟镓硒 10~15.5砷化镓 20~40从表1中我们可以清楚地看到转换效率上,晶体硅电池较高而薄膜电池较低,其他材料如异质结、多结、背结、高倍聚光电池等虽然其光电转化效率能达到40%以上,但受制于成本限制等原因,尚难大批量应用。
碟式太阳能热发电系统的流体力学特性研究引言随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高,太阳能热发电作为一种可再生能源形式备受关注。
碟式太阳能热发电系统作为太阳能热发电的一种重要形式,具有较高的能量转化效率和较小的空间占用。
研究碟式太阳能热发电系统的流体力学特性对于提高系统效率、减少流体损失以及系统的优化设计至关重要。
一、碟式太阳能热发电系统流体流动研究碟式太阳能热发电系统的工作原理是通过太阳能集热器将太阳能转换为热能,再利用工作流体的热膨胀推动涡轮发电机发电。
因此,流体流动的研究对于系统性能具有重要影响。
1. 热集热器内部流体流动特性热集热器是太阳能热发电系统的核心组件,其中流体的流动特性直接影响能量的传输和利用效率。
研究热集热器内部流体的流动行为,包括流速、温度分布、压力损失等参数的变化规律,有助于优化集热器的结构和流体导流的设计,提高能量转化效率。
2. 工作流体在辐射与对流传热过程中的流动特性碟式太阳能热发电系统通过辐射和对流传热过程将太阳能转化为热能。
工作流体在这个过程中的流动特性对于热能的传输和利用起到关键作用。
研究工作流体在辐射与对流传热过程中的温度分布、流速变化以及热流的传递机制等,有助于优化系统的热管理策略,提高系统的整体性能。
二、碟式太阳能热发电系统流体流动损失研究流体在碟式太阳能热发电系统中的流动过程中会存在损失,如摩擦阻力、热损失等。
研究流体流动损失的机制,对于减小系统能量转化的损失,提高系统效率至关重要。
1. 系统内部流体流动的压力损失流体在碟式太阳能热发电系统内部流动过程中,会因为摩擦阻力等原因产生一定的压力损失。
研究流体流动的压力损失特性,包括流体流动的速度分布、管道摩擦阻力系数的变化规律等,有助于减小压力损失,提高系统的能量转化效率。
2. 系统内部流体流动的热损失在热发电过程中,流体在废热损失、工作过程中的热损失等方面存在能量流失。
研究流体流动的热损失机制,包括热传导、辐射以及对流传热等过程中的能量损失情况,有助于设计和优化系统的绝热措施,减小热能的流失,提高系统的热能利用率。
太阳能集热器研究现状及发展开题报告
《太阳能集热器研究现状及发展开题报告》
太阳能集热器是一种利用太阳能能量转换为热能的装置,其在热能利用方面具有广泛的应用前景。
随着能源紧张和环境污染的加剧,太阳能集热器的发展受到越来越多的关注。
本文将就太阳能集热器的研究现状及发展进行探讨。
首先,太阳能集热器的研究现状可以分为三个方面:一是太阳能集热器的结构设计,二是太阳能集热器的热能利用效率,三是太阳能集热器的经济性。
其中,太阳能集热器的结构设计一直是太阳能集热器研究的重点,研究者们不断探索新的结构设计,以提高太阳能集热器的热能利用效率。
此外,研究者们还在努力改善太阳能集热器的经济性,以便更好地应用于实际生活中。
此外,太阳能集热器的发展也受到越来越多的关注。
目前,研究者们正在努力开发出更高效、更经济的太阳能集热器,以更好地应用于家庭、工业以及其他领域。
此外,研究者们还在研究新型太阳能集热器,以满足不同地区不同气候条件下的需求。
综上所述,太阳能集热器的研究现状与发展前景十分可观。
研究者们正在积极探索新的结构设计、新的热能利用方法,并努力开发出更高效、更经济的太阳能集热器,以更好地应用于实际生活中。
用于发电的碟式斯特林系统的几何尺寸和热性能的数学模型摘要:本文提出了一种太阳能碟式斯特林系统的数学模型。
首先,它提出了一种方法来计算适当的角度,描述巴西的太阳能追踪控制系统的特征,为了最大化接收器接收到的能流密度。
其次,它开发了一种算法,关于确定尺寸和光学参数对于碟式斯特林系统整体效率的影响。
这个模型允许定义不同的配置和聚光器和接收器之间的几何距离,为了获得接收器所需的热量。
最后,它进行了最大效率和系统整体效率的热平衡的评价。
结果包含直径10.5m的聚光器和1000W/㎡的太阳辐照:接收器表面理论最大工作温度1596K,68%的最大热效率。
据观察,直径在10到20m之间的聚光器,其整体效率变化不明显(23-25%),由于接收器温度变化和腔体的热损失按最小值进行评估。
关键词:太阳能太阳能聚光器斯特林机最大效率能量转换热分析1.引言为了研究和描述这些系统的表现,文献中提到了不同的碟式斯特林模型。
从文献中找到的论文,可以确定它的设计参数和最相关的结果。
文献研究的重要性是证明了新的工具和方法的概念,当我们发展数学模型的时候,为了结构和促进决策的理解。
本文开发的数学模型的研究方法包括以下步骤:a.搜索专门的文章,以收集相关信息,并确定标准,可以帮助构建的碟式斯特林系统的数学模型;b.碟式斯特林技术发展史;c.分析大部分相关文献,搜寻新的计算模型;d.在描述表中清晰而简明地合成信息;e.提出了一个数学模型,说明与已经分析的模型的差异。
以下是一些在科学文献中发现的数学模型的描述,作为这项工作发展的基础。
Hafez研究了太阳能辐照强度对于碟式斯特林参数的影响,比如:热性能,电力产生,流速和温度,包含中午12点获得最大输出功率9.7kW,最大太阳辐照在990W/㎡。
Kadri 和Hadj估计了2m集热器在吸热器上的温度,证实了对于突尼斯农村电气化的可行性。
作者基于URIELI模型模拟了alpha斯特林系统;他们使用了一个永磁体,由于其简单和没有任何外部激励。
刘巍,等:碟式太阳能热发电系统10l配气活塞的.卜室和下室.卜室和热源交换器耦合,将吸热器的热量传递给工质,工质受热膨胀推动动力活塞运动做功,输出功率.下室通过中间介质回路把余热传递给回热器,工质通过旁路往复流动完成循环.热机提供的机械能带动发电机运转,可以进一步将机械能转化为电能.1.5电力变换装置由于太阳能辐射随天气变化很大,所以热电转换装置发出的电力不是十分稳定,特别是小功率的便携式太阳能发电装置发出的电流小、电压低,不能直接提供给用户,需要经过整流、DC—DC升压、储能、DC—AC逆变等环节的处理,才能输出220V的工频电.1.6交流稳压装置碟式太阳能热动力发电系统发出的电经过电力变换装置变成220V的工频电可以直接提供给普通用户或并人电网,但并不能满足高精密负载的要求,需要在输入电压与负载之间增没一台高稳压精度的宽稳压范围的交流稳压装置.2碟式聚焦器设计聚光设计的理论最优方案是抛物线反射面,由于抛物线设计没有球差,能够获得很好的聚焦效果.聚焦器由多块反射玻璃组成,凶此每块玻璃及安装位置的不同而造成聚光效果不I_J,需要克服光线离轴位置的影响.反光碟支撑架采用三角形绗架形式.由于三角形结构稳定性好,其刚性、抗扭转等性能好.三角形设计,比一般方形的形状保持性能好.反光碟支撑架的基本结构元件采用圆管,采用工业标准中最薄的管件即町,其优点是力学性能均匀,四品长条形构件和外燃机托架的刚性很好,可作为支点使用.碟式聚焦器可分为反光镜组件、支架组件、驱动与传动组件、支撑柱、控制‘J跟踪系统、地嘶基座等几部分.反射镜的几何外形采用球面的形式,镀银反射面的保护采用复合材料与树脂涂层固化,采用中间过度层增加涂层的粘结牢度;树脂同化层与支撑结构的连接采用弹性胶连接,保证强度和刚性;反射采脂普通玻璃,用控制其成型厚度的方式减少反射效率的损失;反光面安装钢架的形式选择三角形桁架结构,单立柱支撑,高度角采用丝杆传动,方位角度以高精度机械传动,也町采用一般精度齿轮传动+阻尼消间隙的方式实现;开闭环结合控制方式,以开环控制方式实现大范围跟踪、以闭环方式实现精确对准;聚焦器在IF常休息位置时,采用发电机伸出臂端部固定,提高聚焦器的抗风能力,此时的反光面略朝下,背面略朝上,增强抗击冰雹、雪灾等的能力;该系统町以稳定丁作30年,太阳聚焦器如图l所示.图l太阳聚焦器3跟踪控制系统设计开环控制太阳能跟踪器有很多优点,比如町以抵抗风等外界引起的十扰等等,从整体运行来看,开环控制在受到风力或者运行误差的干扰后,能够在一段时间内回到正确的跟踪位置,但其响应时间比较长,无法忍耐这样的系统在3级风速的天气下比较长的时间内设备不能正常工作.为了提高太阳能发电的效率、降低成本,太阳跟踪装置是太阳能发电系统中必不可少的装置,需要设计和研制一个能够实时对太阳进行大范围跟踪的太阳跟踪系统,能够实现在方位角3600和高度角180。
电力电子技术PowerElectronicsVol.42,No.9September,2008第42卷第9期2008年9月定稿日期:2008-05-23作者简介:马健(1979-),男,安徽阜阳人,硕士研究生,研究方向为机电一体化、嵌入式技术。
1引言随着社会经济的快速发展,人类所面临的能源问题越来越突出。
太阳能作为一种清洁能源,受到了各国的普遍重视,因此如何提高太阳能的利用率成为了研究热点。
太阳跟踪是提高利用率的一种途径,其方式主要有光电式和机械式。
前者为被动跟踪,受环境影响较大,尤其在多云或阴天时;后者为主动式,由程序计算出太阳位置,控制步进电机跟踪太阳,目前国内多采用该方式。
现采用基于32位ARM嵌入式微控制器LPC2290来构建平台,利用高精度的太阳位置坐标模型,以步进电机作为执行机构,通过步进电机的开环控制,以及程控跟踪的方式,大大提高了跟踪精度,实现了全自动跟踪,对于实现大型太阳能热发电具有重要意义。
2系统功能与结构2.1系统组成及结构图1示出跟踪系统的硬件组成。
太阳跟踪装置主要由微处理器控制单元、光电检测单元、液晶显示模块、存储单元和键盘及相应的外围电路、手动控制单元等组成。
软件部分包括操作系统的移植和太阳位置计算程序的编写。
2.2系统功能(1)键盘及显示屏设有4×4的键盘和一块320×240点阵的液晶显示器(LCD),主要用于手动控制和人机交互,便于用户设置时间和位置参数,并对系统的运行状态进行监视。
(2)检测模块检测模块安装在集热器面板上,主要用于检测系统运行时的环境条件。
检测环境光线强弱程度,以区别白昼和夜晚;在阴天光照强度不够时,系统监测到信号后自动处于待机状态,避免不必要的能源浪费,从而达到系统的自动控制。
(3)电源电路主要为微控制器、外围器件以及控制系统中所用到的其他芯片提供工作电源。
由于采用的ARM微控制器LPC2290具有独立的模拟电源、数字电源,为了降低出错几率,应将二者进行隔离。
碟式太阳能热发电系统的原理与构造芃摘要:碟式太阳能热发电系统由碟式抛物面聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成,本文介绍了碟式抛物面聚光镜的结构,并介绍了碟式太阳能接收器的原理与结构。
关键字:碟式太阳能发电系统,碟式抛物面反射镜,直接加热式太阳能接收器,间接加热式太阳能接收器,池沸腾接收器,相变式太阳能加热器,斯特林发动机碟式太阳能热发电系统主要由碟式聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成,目前峰值转换效率可达30%以上,是一种有前途的太阳能热利用装置。
1. 碟式抛物面反射镜碟式太阳能热发电系统采用旋转抛物面汇聚太阳光,旋转抛物面是抛物线绕轴线旋转形成的面。
与抛物面轴线平行的光线照射到镜面时,光线会聚焦到焦点,在焦点放置的物体会被加热到很高的温度,见图1。
图1 旋转抛物面聚光镜每个碟式太阳能热发电系统都有一个旋转抛物面反射镜用来汇聚太阳光,圆形的反射镜像碟子一样,故称为碟式反射镜。
由于反射镜面积小则几十平方米,大则数百平方米,很难造成整块的镜面,是由多块镜片拼接而成。
一般几kW的小型机组用多块扇形镜面拼成园形反射镜,如图2左侧照片;也有用多块园形镜面组成,如图2右侧照片。
大型的一般用许多方形镜片拼成近似园形反射镜,如图3照片所示。
图2 网上的碟式太阳能系统照片图3 网上的碟式太阳能系统照片拼接用的镜片都是抛物面的一部分,不是平面,多块镜面固定在镜面框架上,构成整片的旋转抛物面反射镜。
整片的旋转抛物面反射镜与斯特林机组支架固定在一起,通过跟踪转动装置安装在机座的支柱上,斯特林机组安装斯特林机组支架上,机组接收器在旋转抛物面反射镜的聚焦点上,见图4。
跟踪转动装置由跟踪控制系统控制,保证抛物面反射镜对准太阳,把阳光聚集在斯特林机组的接收器上。
关于跟踪知识请浏览“鹏芃科艺”网站()的“聚光太阳能热利用”栏目“太阳的视运动与跟踪”章节。
在该栏目的“碟式太阳能热发电系统”章节有碟式太阳能热发电系统动画,可在线观看或下载。
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究一、引言近年来,随着全球对清洁能源需求的不断增加,太阳能作为一种绿色环保的能源形式,受到了广泛的关注和研究。
太阳能光伏系统的效率取决于太阳光的照射角度,而太阳能跟踪系统能够实时调整太阳能电池板的位置,以最佳角度接收太阳光,从而提高能源转化效率。
因此,对太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究具有重要意义。
二、太阳能双轴自动跟踪系统的工作原理太阳能双轴自动跟踪系统主要由光敏电阻、控制电路、电机、轴承和太阳能电池板等组成。
光敏电阻用于实时感知光照强度,然后通过控制电路对电机进行驱动,使太阳能电池板跟随太阳的运动。
该系统的工作原理如下:1. 光敏电阻感知:将光敏电阻安装在太阳能电池板的一侧,用于感知光照的强度。
电阻的电阻值与光照强度呈反比关系,因此可以通过电阻值来判断光照的强弱。
2. 控制电路驱动:利用控制电路对电机进行驱动,实现太阳能电池板的双轴自动跟踪。
控制电路根据光敏电阻感知到的电阻值来判断光照的强弱,并根据一定的算法计算出电机驱动的方向和速度,以实现太阳能电池板的准确跟随。
3. 电机驱动:太阳能双轴自动跟踪系统采用两个电机,分别用于水平轴和垂直轴的驱动。
电机通过与控制电路的配合,实现太阳能电池板的水平和垂直方向的旋转,使其能够跟随太阳的运动轨迹,并保持最佳接收太阳光的角度。
4. 轴承:太阳能电池板通过轴承连接到电机,以实现旋转。
轴承设计应具有较高的承载能力和较小的摩擦阻力,确保太阳能电池板的平稳运转。
三、太阳能双轴自动跟踪系统的设计要点1. 光敏电阻的选择:选择感光度高、响应速度快、稳定性好的光敏电阻,以确保系统能够准确感知光照强度变化。
2. 控制电路的设计:控制电路要能够准确判断光敏电阻感知到的光照强度,根据一定的算法计算出电机驱动的参数,并能够稳定、准确地驱动电机。
3. 电机的选用:选择符合系统需求的电机,应考虑电机的转速、转矩和功率等参数,并能够与控制电路进行良好的配合。