[發(fā)明專利]一種線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)的陰影與遮擋分析優(yōu)化布設(shè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710653340.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107388599B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬軍;王銳東;王成龍;鞏景虎;孔令剛;范多旺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F24S23/30
• 分類號(hào): F24S23/30
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 倪鉅芳

本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)的陰影與遮擋分析優(yōu)化布設(shè)方法。包括如下步驟：A鏡場(chǎng)坐標(biāo)系確定、B遮擋陰影坐標(biāo)系確定、C遮擋陰影分析計(jì)算、D偏移影響分析計(jì)算、E陰影與遮擋效率。該方法更加貼近實(shí)際使用環(huán)境，可以準(zhǔn)確計(jì)算線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)的陰影與遮擋效率，為分析線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)的效率提供了可靠依據(jù)。進(jìn)而修正線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)反射鏡的分布方向和角度，進(jìn)一步提升鏡場(chǎng)轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)的陰影與遮擋分析優(yōu)化布設(shè)方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能作為一種理想的可再生能源已備受關(guān)注，但是能流密度低，提高利用效率的最佳技術(shù)路線是先聚光再利用。根據(jù)聚光形式，太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)主要有槽式、線性菲涅爾式、塔式和碟式等。線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)主要由光學(xué)聚光器、接收器、太陽(yáng)跟蹤控制裝置三部分構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、風(fēng)阻小、成本低、土地利用率高等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸在大規(guī)模電站中得到應(yīng)用。

目前，針對(duì)已公開(kāi)的專利（名稱：線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)鏡場(chǎng)的優(yōu)化布置方法、專利號(hào)：201410439026.6、授權(quán)公告號(hào)：CN104236122B）。本發(fā)明針對(duì)實(shí)際需要，發(fā)明了一種線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)鏡場(chǎng)的優(yōu)化布置方法。由于南北方向的鏡場(chǎng)總體光學(xué)效率優(yōu)于東西方向，因此本發(fā)明以南北方向的鏡場(chǎng)為研究對(duì)象，提供 了一種以CPC最大接受半角控制鏡場(chǎng)高寬比進(jìn)而進(jìn)行鏡場(chǎng)無(wú)陰影布置的方法。本發(fā)明的方法 可以針對(duì)實(shí)際情況快速準(zhǔn)確地計(jì)算出確定CPC、反射鏡寬度和列數(shù)的線性菲涅爾式聚光集熱 系統(tǒng)在特定時(shí)間(系統(tǒng)無(wú)陰影工作時(shí)間)內(nèi)無(wú)陰影影響的反射鏡布置間距。

針對(duì)南北布置的采用單管接收器的線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)，推導(dǎo)了鏡場(chǎng)無(wú)陰影布置的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并給出了數(shù)值計(jì)算方法。在實(shí)際工程應(yīng)用中，為了便于加工安裝并采用簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，反射鏡一般采用等間距布置，這必將帶來(lái)相鄰反射鏡之間的陰影與遮擋影響。而對(duì)于線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)，相鄰反射鏡之間的陰影與遮擋效率直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的光學(xué)效率，而系統(tǒng)光學(xué)效率的分析計(jì)算是設(shè)計(jì)電站聚光系統(tǒng)的依據(jù)。因此，準(zhǔn)確分析相鄰反射鏡之間的陰影與遮擋至關(guān)重要。現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)中多根據(jù)鏡場(chǎng)無(wú)陰影進(jìn)行設(shè)定進(jìn)而布設(shè)鏡場(chǎng)，但實(shí)際場(chǎng)地中無(wú)陰影幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，使用現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行測(cè)試和布設(shè)鏡場(chǎng)時(shí)均未考慮或很少考慮陰影遮擋問(wèn)題，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確影響使用效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決其現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種分析數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、分析維度多樣、布設(shè)更加合理的線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)的陰影與遮擋分析優(yōu)化布設(shè)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：

一種線性菲涅爾式聚光鏡場(chǎng)的陰影與遮擋分析優(yōu)化布設(shè)方法，包括如下步驟：

A、鏡場(chǎng)坐標(biāo)系確定

反射鏡列數(shù)為N的鏡場(chǎng)，從左側(cè)至右側(cè)依次編號(hào)為1、2、...、N，第列反射鏡中心與鏡場(chǎng)中心的距離為，第列反射鏡與水平面的傾斜夾角為；反射鏡寬度為；接收器放置在距反射鏡所在平面的高處；

某時(shí)刻太陽(yáng)光入射角為，則該時(shí)刻的跟蹤傾角由下式求得：

；

第列反射鏡的坐標(biāo)方程為

式中，，；

第列反射鏡的左、右端點(diǎn)坐標(biāo)分別為（，）和（，），則

、，

、；

B、遮擋陰影坐標(biāo)系確定

遮擋陰影是指太陽(yáng)入射光被相鄰的反射鏡所阻擋，遮擋陰影分析針對(duì)太陽(yáng)入射光；

令經(jīng)過(guò)第列反射鏡左端點(diǎn)的太陽(yáng)入射光線坐標(biāo)方程為：

式中，，；

相鄰的反射鏡中過(guò)東側(cè)左端點(diǎn)的太陽(yáng)入射光線坐標(biāo)為