一种新型太阳能聚光器的研制

介绍了新型太阳能聚光器的设计原理，分析了设计中的三个问题，提出了最佳设计值，探讨了制造过程中的工艺问题。     

一种基于视觉测量的大型碟式聚光器 镜面单元位姿调节方法

根据大功率碟式聚光器镜面单元结构特点及在线安装过程中对镜面单元位姿快速检测、高效调节和精确定位的需要,提出了一种基于三目视觉测量和机器人辅助安装的镜面单元位姿调节方法.建立了任一镜面单元角点空间坐标方程,设计了镜面单元位姿调节系统结构,并明确了相应调节方法与步骤.以38 k W碟式聚光器为例,对镜面单元不同位姿进行了光学计算,分析了视觉测误差和镜面单元制造误差等因素对镜面单元位姿调节的影响.结果表明,基于视觉测量的调节方法,在不考虑其他误差情况时,当视觉测量误差和镜面单元制造误差的综合误差控制在±2 mm内,能满足镜面单元位姿调节精度要求.     

大功率单碟式太阳能聚光器跟踪控制系统研究及实现

综合分析了聚光器跟踪控制精度和综合性能对碟式太阳能发电系统的重要作用和影响,介绍了一种高精度碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的构成和工作原理,建立了核心控制器PLC中的PID及自适应模糊PID控制的Matlab/Simulink仿真数学模型,比较分析了在单位阶跃信号和扰动作用下不同控制策略时跟踪控制系统的响应特性.结果表明:自适应模糊PID控制下碟式太阳能聚光器跟踪控制系统不仅具有良好的跟踪控制精度,也具有抗干扰能力强和稳定性能好的优点,大大提高了碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的综合性能.     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

基于优化广义回归神经网络的碟式太阳能温度预测研究

为了解决用传统数学模型预测碟式太阳能集热器出口温度过于复杂的问题,采用广义回归神经网络算法对太阳能集热器出口温度进行预测,引入交叉验证算法对神经网络模型进行优化,进一步提升预测的准确性,通过Matlab软件建立基于优化广义回归神经网络的蝶式太阳能出口气温预测模型.根据碟式太阳能光热系统试验平台的试验数据对所建立的模型进行了测试,预测结果符合预期,这表明优化后的广义回归神经网络能够实现对蝶式太阳能集热器出口气温的有效预测.该模型具有一定的应用前景,为预测模型研究提供了一个新的思路.     

３８ｋＷ 级碟式光热发电系统机架结构的承载性能

为实现太阳光能的高品位利用,设计了以抛物聚光器为聚光功能载体且配有双轴视日跟踪机构的碟式/斯特林热发电系统的机架结构.在机架承载和传力特性一致的基础上建立了机架的有限元模型,并基于数值风洞模拟的机架风载荷,计算得到了机架处于不同高度角时自重和风载作用的变形与应力分布,分析了机架承载的位移特性和薄弱位置的应力分布.结果表明,该机架在8级风载(17.1 m/s)作用时聚光器仍具有较好的几何"保型"能力,且在抗风运行以及12大风避险时结构均处于安全状态.     

圆锥面太阳聚光器的理论研究与设计

对聚光器为圆锥面、接收器为圆柱面的太阳能集热器的性能进行了研究.导出了单锥面聚光器的聚光比和跟踪精度的计算公式,给出了接收器上的照射长度以及接收器表面聚光比分布的数学表达式,并对聚光比、跟踪精度、材料利用率等方面进行了详细的分析,结果表明从聚光比、材料利用率及跟踪精度等方面来考虑,45°是单锥面聚光器的最佳半顶角.分析了单锥面集热器存在的采光面积与聚光比和接收器长度之间的矛盾,进而提出了多锥面组合聚光器;多锥面组合聚光器能在接收器长度一定的情况下增加采光面积、提高聚光比,克服了单锥面聚光器的矛盾,并且具有设计上的灵活性.     

一种CPC型热管式太阳能集热器的实验研究

将复合抛物面聚光器（CPC）和热管平板式集热器相结合，研究了一种以平面形吸热板为接收器的CPC型热管式太阳能集热器．采用碘钨灯模拟太阳光辐射，在不同辐射强度下，对CPC型热管式太阳能集热器和普通热管平板式太阳能集热器的集热温度、瞬时效率、平均效率及平均热损系数等热性能进行了对比实验研究．研究结果表明：与普通热管平板式太阳能集热器相比，CPC型热管式太阳能集热器不但提高了集热温度和集热效率，而且降低了热损失．这一研究结果为太阳能集热器的进一步发展提供了有意义的参考．     

一种非跟踪内聚光太阳能PV-T管聚光器的设计与仿真

针对非跟踪内聚光光电-光热复合管的结构及接收器的设计需求,对管内具有特殊形状的半圆柱接收器的复合抛物面聚光器(CPC)进行了光学设计,并利用Matlab软件对聚光器曲线和形状进行了优化与数据仿真,得到了光热复合管能够得到最大入射光的聚光器的曲线方程、安装位置以及供数控机床加工所需的参数,给出了不同入射角的光线和光强分布图,提高了太阳能的利用率.仿真结果表明,接收器满足在最大入射光下表面光照均匀的设计要求.     

基于混合因素均匀设计的槽式聚光器结构优化

为控制槽式聚光器的成本,以镜面位移和杆件应力为约束条件,以主三角桁架和拉翅的截面尺寸为连续变化的定量参数,拉索初拉力为状态变化的定性参数,采用均匀设计法对聚光器进行了优化.根据优化得到的参数取值,采用BIM(Building Information Modeling)技术进行槽式聚光器三维模型的建立,并依据模型包含的钢材种类、数量、长度、质量等信息进行钢材成本的计算.结果表明:均匀设计法可以用于含有定性和定量因素的聚光器结构优化,在满足既定约束条件下聚光器的钢材成本可降低10.32%,用钢量可减少11.86%,优化效果较好.本文提出的方法对于同时包含定量参数和定性参数的复杂优化问题具有一定参考价值,借助于聚光器三维BIM信息模型对钢材成本的计算,进一步证明了该优化方法的可行性.     

基于MIDAS/Gen的槽式聚光器结构模态分析

针对槽式聚光器结构优化问题,根据张家港试验基地槽式聚光器实体装置,基于MIDAS/Gen建立槽式聚光器三维有限元模型,采用Lanczos模态计算方法,进行各角度工况下模态分析,得到槽式聚光器在不同工况下的结构模态特征.对槽式聚光器装置进行动力特性测试,测点布置在结构的多个位置,传感器主要布置在聚光镜的镜面中心位置.现场实测过程中选用优泰公司的软件和设备——动态信号采集系统、传感器以及采集仪等试验设备和装置,获取各测点的有效数据,通过优泰软件对原始数据进行处理,得到槽式聚光器装置的动力特性.将数值计算结果与原型实测结果进行对比验证,验证结果表明:本文建立的槽式聚光器三维有限元模型能够较好地模拟现有槽式聚光器结构,能够用于槽式聚光器的静态分析及结构优化分析研究,可以为进一步提高槽式聚光镜组的聚光效果和降低成本提供参考.     

基于恒风速虚拟风洞实验的碟式太阳能聚光器风动载荷

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器风动载荷进行仿真分析。研究结果表明:在靠近来流方向处碟式太阳能聚光器总压力较大,而远离来流方向处其总压力相对较小,且碟式太阳能聚光器反射面的最大压强随恒风速的增大而不断增加;当风速由v=15 m/s增大到v=25 m/s时,碟式太阳能聚光器所受风力和风力矩的最大幅值至少增加了110%。     

玻璃椭圆柱面聚光器的实验研究

本文提出,用外表面镀有高反射率金属膜的椭圆柱玻璃管来代替固体激光器的金属聚光器,在同一台YAG激光器上分别采用两种聚光器对比实验的结果表明,玻璃聚光器的聚光效率与金属聚光器完全相同。     

新型光伏楔形聚光器性能的研究

本文利用几何光学和菲涅耳公式(Fresnel formula）,在楔形聚光器的横截面上推导出楔形聚光器的几何聚光比、光线接收范围、透明材料的折射率、楔形顶角四者之间的关系。在此基础上,通过优化设计聚光器的反射面,提出了一种新型楔形聚光器,这种聚光器的反射面是由一部分平面一部分抛物面组成,使折射到抛物面上的光线直接被反射到出射面上,从而提高楔形聚光器的聚光比。 理论计算结果表明,当楔形顶角相同,透明介质相同且折射率为1。5时,在透射率大于90%的条件下,新型楔形聚光器的聚光比可比普通楔形聚光器提高约28%,但聚光均匀性有所下降。实验测试结果也验证了理论计算结果的准确性。总体而言,对于低倍光伏聚光系统,聚光均匀性要求不高,新型楔形聚光光伏组件具有较好的聚光性能及能量输出性能,具有应用价值。     

设计一种太阳能门铃系统

本文采用太阳能电池板中的多晶硅电池板作为整个电路的电源设计了一种门铃系统,此系统既省去了安装电池的麻烦和废旧电池的污染,达到了节能环保的目的;又可在晚上为门铃的按钮提供照明。     

抛物面碟式太阳能接收器与高温反应器的联合传热特性分析

太阳能接收器和反应器的几何结构直接影响其传热特性及化学反应过程,利用光学特性产生高强度辐射通量是营造高温的常用方法。构造了一种基于抛物面碟式太阳能接收器的高温反应器,分为预热区和多孔反应区,通过COMSOL Metaphysics软件建立其三维数值模型,计算焦平面热通量分布规律,在典型运行条件下(DNI=800 W/m~2,u_(in)=0.1 m/s),分析反应器的速度和温度分布规律,以及DNI和反应流体入口速度对反应器传热特性的影响。     

太阳能热化学混合储能装置的储热性能

结合化学储能和显热储能设计新型太阳能热化学混合储能装置,利用碟式太阳能系统实验研究混合储能装置的储热性能.实验结果表明,太阳直射辐射强度约为600W/m2时,储能装置20min即可达到甲烷二氧化碳重整所需温度(750℃),但装置内部温度分布不均匀.根据储能装置传热规律与聚光太阳能非均匀分布特性建立数值模型,发现储能装置的温度分布和变化规律与实验相符,系统加热过程中温度分布具有不均匀性和非稳态性.     

碟式太阳能镜面风荷系数的数值分析

为分析25 kW碟式太阳能镜面风荷系数的大小,采用计算流体动力学(CFD)的分析方法.基于三维造型软件Pro/E建立了25 kW碟式太阳能旋转抛物面模型,结合Fluent软件对碟式太阳能镜面的风荷系数进行了数值计算,并对镜面的压强和风流场的流速进行了仿真分析.得到碟式太阳能镜面在不同方位角和高度角下的力和力矩系数以及镜面表面的压力分布和流速分布.结果表明：采用流体动力学分析方法计算出的风荷系数可以为碟式太阳能结构设计和镜面受载变形提供重要的参数依据和指导意义.     

基于乳脂分离碟式离心机碟片间隙的设计计算

针对碟式分离机分离乳脂的问题,根据原乳的特性,在适合乳脂分离的离心机结构和操作参数的条件下,按照碟式离心机分离乳脂的原理以及碟片间隙的确定原则,导出离心机转鼓壁厚计算公式,并根据原乳的物性计算出碟片间隙,经过试验排渣状况有了较大的改善。