碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)碟面陣列的最優(yōu)布局方法.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源和生態(tài)問題日益突顯，開發(fā)對環(huán)境友好的新能源迫在眉睫。以太陽能發(fā)電為主要形式的太陽能技術(shù)是各國新能源開發(fā)戰(zhàn)略的焦點(diǎn)之一。太陽能發(fā)電主要分為太陽光伏發(fā)電和聚光熱發(fā)電。其中，碟式聚光熱發(fā)電技術(shù)因?yàn)榘l(fā)電效率高、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)受到社會的廣泛關(guān)注。但由于技術(shù)不成熟、建設(shè)成本較高、經(jīng)濟(jì)效益相對較低等原因，碟式斯特林太陽能熱發(fā)電技術(shù)仍未被廣泛使用。
　　本文以美國SES公司25kW碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)為對象，研究

2、光熱電站建設(shè)中各聚光（碟面）單元位置分布與由于碟面相互遮擋而引起的聚光效率損失之間的關(guān)系，提出在給定土地使用率條件下獲得最佳聚光效率的碟面布局方法，從而提高電站運(yùn)行效率。主要工作和成果如下:
　　1.建立數(shù)學(xué)模型，提出快速計(jì)算碟面陰影遮擋率的計(jì)算機(jī)求解方法。根據(jù)拋物面型碟面聚光器的原理（主軸指向太陽），建立以碟面為原點(diǎn)、指向太陽方向?yàn)閦'軸的本地坐標(biāo)系，將鄰居碟面轉(zhuǎn)化到本地坐標(biāo)系，獲得不依賴太陽位置的陰影形狀描述，即聚光鏡面沿其主

3、軸的投影形狀;根據(jù)陰影遮擋的原理:靠近太陽方向上的碟面才能產(chǎn)生遮擋，選擇可能產(chǎn)生陰影的鄰居碟面，從而減小計(jì)算量;結(jié)合斯特林發(fā)動機(jī)的太陽輻射響應(yīng)特性，提出碟面年度有效陰影遮擋百分比，建立起描述由于相互遮擋造成聚光效率損失的參數(shù)表示。
　　2.建立不同碟面分布方法的參數(shù)表示，提出求解全局最優(yōu)化碟面分布的方法。以矩形碟面布局為基礎(chǔ)，本文引入碟面縱向相對偏移、逆時針旋轉(zhuǎn)和縮放比例三個參數(shù)。在土地使用率不變的情況下，本文令矩形最優(yōu)化碟面分布

4、在參數(shù)空間（碟面列間距，偏移，旋轉(zhuǎn)）進(jìn)行變換得到不同的碟面陣列并計(jì)算陣列的年度有效陰影遮擋百分比，值最小的陣列為最優(yōu)化碟面布局;同時對矩形非最優(yōu)碟面陣列進(jìn)行變換，得到各陣列優(yōu)化后的碟面布局，并與上述的最優(yōu)化碟面布局進(jìn)行對比，得到全局最優(yōu)化分布。同時，對碟面單元（相鄰的四個碟面）進(jìn)行分析，得到結(jié)論:年度有效陰影遮擋百分比與碟面東西方向的有效列間距呈負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系。
　　3.結(jié)合不同地區(qū)的經(jīng)緯度和光照資源情況，分析最優(yōu)化碟面布局的特

5、性，提出影響光熱電站選址的參考因素。結(jié)合不同地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，本文利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出不同城市最優(yōu)化碟面布局的年度有效陰影遮擋百分比，并得到年度有效陰影遮擋百分比隨碟面東西方向有效列間距的變化率。在此基礎(chǔ)上，本文分析碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)所安裝地點(diǎn)的經(jīng)緯度和光照資源對最優(yōu)碟面布局的變化率的影響，得到結(jié)論:在光照資源更豐富的地區(qū)安裝碟式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)會獲得額外的效益，而系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的經(jīng)緯度不影響系統(tǒng)的效益。
　　最后，對全文進(jìn)行總