[發明專利]定日鏡場的布局方法以及太陽能熱電塔系統

在審

• 申請號: 201710268331.7
• 申請日: 2017-04-22
• 公開（公告）號: CN107024864A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 房淼森;羅錦宏;姜奕雯
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州聚邦知識產權代理有限公司33269
• 代理人: 蔣全強

技術領域

本發明涉及一種定日鏡場的布局方法以及太陽能熱電塔系統。

背景技術

塔式太陽能發電系統是在空地上建造一座中央塔，其頂部安裝一個集熱器，以構成中央集熱塔，周圍安裝一定數量的定日鏡，定日鏡聚集太陽光到塔頂的集熱器，集熱器內腔產生高溫，然后通過集熱器內部的工質接收熱量而產生高溫蒸汽，推動汽輪機發電。

太陽能熱電塔系統一般由反射鏡陣列、高塔、集熱器、蓄能器、發電機組等五個主要部分組成，反射鏡按一定的規則進行排列組成反射鏡陣列。這些鏡子自動跟蹤太陽，將太陽光正確地投射到集熱器窗口。集熱器被設計為一個側面受光或四周受光體，將接收的太陽光轉換成熱能后，使流動介質在加熱盤產生蒸汽。熱量一部分用來驅動發電機發電，另一部分被儲存在蓄能器中，作為沒有陽光時的備用能量。

塔式太陽能發電系統具有聚光倍數高和能量集中的特點，容易實現較高工作溫度，定日鏡的數量越多，聚光比越大，接收器集熱溫度越高。聚光通過反射光線直接完成，方法簡單有效，散熱面積相對較小，且有較高的光熱轉換效率，同時，塔式太陽能發電系統的后端技術可與現有火電站兼容，方便對火電站改造，降低碳排放，有望成為太陽能發電的主要方式。

目前塔式系統常見的鏡場排列方式如圖1所示：

目前，大部分塔式發電系統的鏡場分布為同心圓形式，如圖1所示。此外，有些鏡場為了簡化建設難度，采用了簡單的線性排列方式。在大部分的塔式太陽能發電系統中，中央集熱塔處于鏡場的物理中心。

發明內容

本發明的目的是提供一種定日鏡場的布局方法，以解決各地理緯度的塔式太陽能發電系統中定日鏡場布局不合理的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種定日鏡場的排布方法，包括如下步驟：

步驟S1，確定定日鏡的能量反射效率、能量截斷效率；

步驟S2，確定鏡場排布形態；

步驟S3，確定鏡場分布范圍；以及

步驟S4，確定各定日鏡的排布坐標。

進一步，所述步驟S1中的能量反射效率適于通過如下公式表示：

；

式中：為定日鏡能量反射效率，為定日鏡余弦效率，為大氣衰減效率，為中心點距離效率，為鏡面反射效率。

進一步，所述步驟S1中的能量截斷效率適于通過以下公式表示：

；

式中：為定日鏡能量截斷效率，為太陽半張角，點x、y的范圍為以鏡場中心為原點所建立的坐標系對應的定日鏡反射光斑區域。

進一步，所述步驟S2中確定鏡場的排布形態的方法包括如下步驟：

對一定范圍內所有定日鏡的能量接收效率進行計算，生成全年的能量接收效率分布圖，對鏡場排布形態加以擬合；其中

單個定日鏡全年的能量接收效率適于通過其在每個時刻下的能量接收效率在全年的基礎上通過積分運算得到，即通過以下公式表示：

；

式中：為定日鏡的全年能量接收效率，為能量反射效率，為能量截斷效率，D為全年的日序列時刻；

通過對一定范圍內的定日鏡進行全年能量接收效率的計算，以對鏡場排布形態進行確定；即

對應地理緯度從低到高的變化，將鏡場的效率圈劃分為：橢圓形、非中心對稱圓形和扇形。

進一步，地理緯度從低到高，即

在赤道附近，鏡場分布擬合為橢圓形；

在中低緯度地區，鏡場擬合為非中心對稱圓形，以及

在中緯度地區，鏡場擬合為扇形。

進一步，所述步驟S3中確定鏡場的分布范圍的方法包括：

根據全年的能量接收效率分布圖規劃出定日鏡排布的內、外邊界線，以構成鏡場的分布范圍。

進一步，所述步驟S4中確定各定日鏡的排布坐標的方法包括：

步驟S41，確定定日鏡的環數；即

定日鏡的環數適于通過以下公式表示：

；

式中：為定日鏡環數，為塔高，和分別為定日鏡分布區間最大值和最小值，為定日鏡寬度；

步驟S42，確定每一環定日鏡的個數；即

定日鏡每環的個數適于通過以下公式表示：

其中：為第環定日鏡的個數，為定日鏡徑向間距，為第環相鄰定日鏡橫向間距，為定日鏡寬度。

又一方面，本發明還提供了一種太陽能熱電塔系統，包括：通過所述的排布方法計算獲得的定日鏡場。