塔式太阳能定日镜聚光成像建模及仿真

根据太阳运行规律和定日镜及靶标位置分析不同日期太阳入射角的变化,在此基础上,根据科丁顿方程对球面定日镜的反射太阳影像进行了理论分析。讨论了定日镜反射聚光的特点,利用光线追踪原理建立了定日镜反射太阳光并与指定受光面相交的计算机近似模型,对定日镜反射太阳影像进行了计算机仿真。仿真得到的光斑大小与理论分析基本一致。     

一种新型极轴跟踪式定日镜的研究

提出一种新型采用轮胎面聚光镜极轴跟踪式定日镜。分析了极轴跟踪式定日镜的跟踪原理,设计了用于该定日镜的轮胎面并分析其聚光性能。结果表明:该定日镜聚光性能较高,能够满足生活热水、太阳炉等应用领域的要求。     

太阳能热发电系列文章(18)新型双立柱支撑定日镜的研制

为了减小定日镜传动间隙对聚光效果的影响,同时期望降低定日镜制造成本,通过设计分析的方法进行了新型双立柱定日镜设计方案的探索。分析结果表明,开、闭环结合控制方式的新型双立柱支撑定日镜具有误差小、成本低、聚焦效果好的优点,该型式定日镜可望降低定日镜成本,提高聚光性能。     

塔式太阳能聚光系统定日镜的运动规律及跟踪精度分析

本文讨论了塔式太阳能聚光系统定日镜的运动规律,绘制了定日镜运行图,对跟踪精度进行了分析,并做了典型计算。 塔式太阳能热发电系统的定日镜,必须按一定的规律运动,以达到定向聚光的目的。为了确定跟踪精度,应对定日镜的跟踪偏差及其引起的反射影象的偏移进行计算。     

浅析一种用于塔式太阳能热发电站的定日镜全自动清洗车

在塔式太阳能热发电站中,定日镜的表面清洁度与其聚光集热效率直接相关,合理的清洗策略和高效的清洗设备有助于提升定日镜镜场的平均清洁度,提高其聚光集热效率,进而提升整个太阳能热发电站的发电效率。介绍了一种定日镜全自动清洗车,其基于导航系统和镜场整体控制来完成定日镜镜场的自动清洗工作。     

定日镜光斑动态漂移特性的研究

以塔式太阳能热发电系统中的定日镜为研究对象,首先提出一种基于光学反射原理的定日镜反射光斑中心计算方法;然后在理想情况下分析不同塔高、不同位置、不同时刻定日镜光斑中心点的动态变化规律,进一步考虑跟踪误差对定日镜反射光斑漂移特性的影响;最后对矩形全镜场中春分日不同时刻的光斑动态漂移特性进行仿真计算并得出相应结论,为有效实现定日镜的追日聚光跟踪控制和参数校正,提高追日跟踪精度及全境场的聚光效率提供理论依据。     

凹面定日镜聚焦性能的分析

本文利用光学的反射原理及象散现象,对凹球面定日镜进行了光学分析,得出了有关固定曲率凹球面定日镜的焦斑尺寸及焦距的计算公式,并报道了实验结果。     

塔式太阳能热发电中定日镜的精度检测方法

介绍了塔式太阳能热发电中定日镜精度检测的常用方法,包括对定日镜关键零部件及定日镜整体的精度检测。定日镜关键零部件主要包括减速机、推杆(含电动及液压推杆),其精度检测是采用专用的测试工装进行;定日镜整体精度检测主要包括定日镜跟踪准确度及定日镜面形精度检测,均采用图像处理技术进行。通过这些检测方法可保证工程应用中的定日镜能够达到设计要求,起到良好的聚光作用。     

塔式太阳能热发电站圆月夜聚光实验研究

在塔式太阳能热发电系统中,吸热器采光面上的聚光能流密度分布的测量对优化整个系统的光热性能有着重要意义。本文提出一种基于月光聚光信息的塔式电站定日镜场聚光能流密度分布的间接测量方法。主要介绍2018年9月24日晚在延庆塔式电站开展的两种对月聚光实验：一种是通过塔上布置的照度计标定电荷耦合元件（Charge-coupled Device, CCD）相机拍摄的光斑图像,得到定日镜场聚光光斑的照度分布;另一种是使聚光光斑扫描过照度计,得到不同时刻的照度计数值,通过高斯拟合得到聚光光斑的照度分布。将聚光光斑的照度分布与月光测光站测得的月光法向直射照度对比,得到塔上聚光光斑的相对能流密度分布。实验结果表明,通过月光聚光实验,可以得到塔式电站的聚光光斑的相对能流密度分布（即聚光比分布）,为后续依据太阳和月亮之间的亮度分布关系,转换为日光聚光能流密度分布提供实验数据支持。     

塔式太阳能电站定日镜场的聚焦策略研究

针对目前塔式太阳能电站定日镜场存在的聚焦目标单一的缺点,改进并提出了多聚焦目标的聚焦优化策略。基于定日镜聚光成像的二维高斯分布模型,通过多目标优化,应用分组优化的序列二次规划算法,得到了定日镜场聚焦策略的帕累托最优解集,提高了聚焦策略的完备性,有效地兼顾了定日镜场聚焦策略中集热效率问题和局部过热问题。文章还讨论了定日镜分组对聚焦策略的影响。     

塔式太阳能电站分离式吸热器热流分布与定日镜场设计研究

优化定日镜场,提高其年聚光效率是降低塔式太阳能电站投资成本的主要途径。以直接蒸汽(DSG)塔式太阳能电站的分离式吸热器为研究对象,为解决现有定日镜场设计过程复杂、耗时较长的不足,利用锥体光学法和径向间距优化法来设计定日镜场。为满足分离式吸热器蒸发段和过热段所需要的热量,采用分配、迭代计算方法得到了分离式吸热器蒸发段和过热段所对应的定日镜场。由于分离式吸热器与定日镜场之间的光热耦合方式比较复杂,因此采用计算精度较高的射线追踪法对分离式吸热器表面的热流分布进行模拟。研究结果表明:通过模拟得到的分离式吸热器所对应定日镜场的布置形式,可使该定日镜场的年聚光效率达到0.652 2,其中分离式吸热器的蒸发段和过热段分别对应了442个和182个定日镜;设计点时刻(春分12:00),分离式吸热器蒸发段和过热段接收的热量分别为35.48 MW和14.19 MW,所获得的热流分布结果可为分离式吸热器的管束布置方式和热学性能计算奠定基础。     

太阳能热发电定日追踪算法建模仿真与实现

针对塔式太阳能热发电定日镜追日过程进行运动过程分析,建立相应的追日聚光反射模型,推导定日镜方位角高度角计算方法,并模拟镜场中不同位置的定日镜镜面法线姿态。在位于东经121?23′47"/北纬31?00′20"处搭建的面积66 m~2定日镜追日实验装置验证算法,结合定日镜和投影处位置信息,利用安装在镜面的三维磁方向传感器确定定日镜绝对姿态,实验证明该算法的数据准确率可达到99%以上,能推广应用于太阳能热发电定日追踪系统。     

聚光装置的极限聚光比和极限温度

在抛物镜、透镜或定日镜群的聚焦面上可获得很高的温度。虽然决定温度高低的因素很多,但最重要的是聚光比。聚光比定义为抛物镜的开口面积或定目镜群的总面积与它们焦平面上光斑面积之比,它是设计聚光型太阳能利用装置最重要的参数之一。聚光比越大,光斑的温度就越高。那么聚光比有没有极限值呢?如果有,它是多大?我们在回答这个问题之前,首先作两个极端的假定: (1) 聚光装置位于地球的大气层外,因而可以不考虑对流和传导热损。 (2) 聚光装置是理想的,它的镜面反射系数为1(如是透镜,它的透过系数为1),它能将接受到的太     

点、线耦合聚焦塔式太阳能线菲定日镜追踪角时空变换特性研究

介绍一种新型的点、线耦合菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统,推导该系统定日镜追踪太阳光线的理论追踪角(俯仰角β_h和滚转角β_m)公式,利用理论追踪角公式计算上海地区一年中4个典型日系统线菲定日镜追踪角的时空变换特性。以夏至日定日镜H3为例,详细计算其子镜与中心子镜的理论俯仰角差Δβ_(h,id)和理论滚转角差Δβ_(m,id)。该文的目的是通过研究菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统定日镜理论追踪角的时空变换特性,确定系统定日子镜追踪太阳的实际滚转角差,并利用Soltrace软件模拟系统在夏至日实际追踪和理论追踪时的光学效率,差值最大为8.20%,最小为0.28%。     

曲面聚光太阳电池组件研究

计算、设计并研制了双球面型和抛物面-双曲面型二次反射聚光器,将其分别与多晶硅太阳电池结合组成聚光光伏系统,在常温下进行聚光试验,与无聚光多晶硅太阳电池相比,输出功率分别提高3.1及2.5倍。结果表明,利用二次曲面反射聚光器的聚光太阳能装置可以提高太阳电池的输出功率;一定程度上克服了太阳光能量的分散性,具有很好的应用前景。     

基于二次反射的光学系统聚光特性研究

基于非成像光学原理,仿真分析了一种新的太阳能聚光发电系统的光斑特性,该系统将二次反射面固定于支撑塔顶端,使定日镜的反射光经二次反射面反射后,向下会聚于地面。这种太阳能聚光方式被应用于光束下射式太阳能热发电系统。本文选取双曲面作为二次反射面建立光学模型,研究定日镜反射光斑大小和双曲面面型及半径的关系。通过对比各双曲面面形所成的光斑放大率的变化特征和趋势,结合双曲面面积大小的限制,提出二次反射面优化选择的方法和结论,为塔上二次反射面的设计提供理论参考。     

球面反光镜对于点光源的聚光特性和光能密度分布函数

本文讨论了球面反光镜对于点光源的聚光特性,导出了在焦线上的光能密度分布函数,为测试球面反光镜的反光性能,检查镜面几何形状的精度提供了理论依据。     

一种新型的二次反射聚光系统

卡塞格伦(Cassegrainian)反射聚光系统的抛物面主镜和双曲面二次镜较难制造。一种由球面主镜和由计算机算出曲面型线的二次镜组成的新型二次反射聚光系统,可以减少制造困难,当这种光学系统用于太阳能聚光器时,由于不需要得到轴上的太阳像,其二次镜型线可更为简单。本文讨论了这种聚光系统的计算方法和结果,并分析了它的性能。     

点聚焦太阳炉设计方法与研制实践

从聚光原理、光学计算、硬件设计,到安装与调试,详细介绍了点聚焦太阳炉的研制过程。根据当地用户的需求和太阳能资源,通过自行设计的光学软件,计算出典型日一次反光定日镜在二次聚光器截光口平面上的照射情况、二次聚光器的最佳焦距以及焦平面焦点处的峰值热功率。模块化设计的一次反光定日镜,不仅降低了制造成本,提高了生产效率,简化了一次反光定日镜的整体支架,同时给运输和安装带来了方便。单元反光镜反光面采用12点支撑,为定日镜的单元镜面调平创造了条件。同样采用模块化设计的二次聚光器,有利于制造成本的降低,方便运输和现场安装。反光镜单元面型可调,大大增强了点聚焦太阳炉参数的适应性。通过样机研制,验证了设计方法的可行性。     

太阳能热发电系列文章(5)塔式太阳能热发电的定日镜

定日镜是一种由镜面(反射镜)、镜架(支撑结构)、跟踪传动机构及其控制系统等组成的聚光装置,用于跟踪接收并聚集反射太阳光线进入位于接收塔顶部的集热器内,是塔式太阳能热发电站的主要装置之一,如图1、图2所示。