线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法

摘要

本发明涉及一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，其主要特点在于包括如下步骤：(1)选定CPC，确定CPC最大接受半角θmax和反射镜宽度D；(2)设定太阳光入射角α()和反射镜列数N；(3)给定CPC高度H；(4)初始化：给定镜场中心反射镜的位置和倾斜角度；(5)求得每列反射镜与镜场中心的距离Qn()；(6)如果最远端反射镜的反射光线入射角小于或等于CPC最大接受半角θmax，则转至第(7)步，否则令H＝H+1，转至第(4)步；(7)计算结束，保存计算结果。以上计算结果就是系统无阴影工作时间为t(可通过太阳光入射角α求得)的N列反射镜布置间距。

权利要求

1.一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，其特征在于包括如下步骤：(1)选定CPC，确定CPC最大接受半角θmax和反射镜的宽度D；

(2)设定太阳光入射角 和反射镜列数N；

(3)给定CPC高度H；

(4)令Q0＝0，

其中Q0为镜场中心反射镜与镜场中心的距离，β0为镜场中心反射镜与水平面的夹角；

(5)每列反射镜与镜场中心的距离 由下列各式联立求得：Qn＝Qn-1+Sn,n≥1 (3)其中Sn为相邻反射镜的间距；

(6)如果最远端反射镜的反射光线入射角 小于或等于CPC最大接受半角θmax，则转至第(7)步，否则令H＝H+1，转至第(4)步；

(7)计算结束，保存计算结果；

以上计算结果是，系统无阴影工作时间为t的N列反射镜布置间距，系统无阴影工作时间t的单位为小时；系统无阴影工作时间由下式求得：

2.如权利要求1所述的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，其特征在于：反射镜列数N为奇数，接收器正下方设有一列反射镜，其它反射镜关于镜场中心对称布置。

说明书

线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无阴影镜场的优化布置方法，特别涉及一种复合抛物面聚光器(CPC)与真空集热管接收器(单管接收器)线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法。

背景技术

[0002] 太阳能总量巨大，但是能流密度低，提高太阳能利用效率的最佳技术路线是先聚光再利用。根据聚光形式，太阳能聚光系统主要有槽式、线性菲涅尔式、塔式和碟式等。线性菲涅尔式聚光系统具有结构简单、风阻小、成本低、土地利用率高等优点，正逐渐在大规模电站中得到应用。

[0003] 但由于相邻反射镜间距的影响，线性菲涅尔式聚光系统普遍存在阴影影响；线性菲涅尔式聚光太阳热能高温高压系统需要CPC与真空集热管构成的单管接收器，它对镜场的布置有特殊要求：最远端反射镜的反射光入射角必须小于或等于CPC最大接受半角。因此根据实际对镜场进行无阴影布置极其重要，急需探索一种以CPC+真空集热管为接受器的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法。

发明内容

[0004] 本发明针对实际需要，发明了一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法。由于南北方向的镜场总体光学效率优于东西方向，因此本发明以南北方向的镜场为研究对象，提供了一种以CPC最大接受半角控制镜场高宽比进而进行镜场无阴影布置的方法。本发明的方法可以针对实际情况快速准确地计算出确定CPC、反射镜宽度和列数的线性菲涅尔式聚光集热系统在特定时间(系统无阴影工作时间)内无阴影影响的反射镜布置间距。

[0005] 本发明采取的技术方案为：一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，其主要特点在于包括如下步骤：

[0006] (1)选定CPC，确定CPC最大接受半角θmax和反射镜的宽度D；

[0007] (2)设定太阳光入射角α( )和反射镜列数N；

[0008] (3)给定CPC高度H；

[0009] (4)令Q0＝0，

[0010] 其中Q0为镜场中心反射镜与镜场中心的距离，β0为镜场中心反射镜与水平面的夹角；

[0011] (5)每列反射镜与镜场中心的距离Qn( )由下列各式联立求得：

[0012]

[0013]

[0014] Qn＝Qn-1+Sn,n≥1 (3)

[0015] 其中Sn为相邻反射镜的间距；

[0016] (6)如果最远端反射镜的反射光线入射角 小于或等于CPC最大接受半角θmax，则转至第(7)步，否则令H＝H+1，转至第(4)步；

[0017] (7)计算结束，保存计算结果；

[0018] 以上计算结果就是系统无阴影工作时间为t的N列反射镜布置间距。

[0019] 所述的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，系统无阴影工作时间由下式求得：

[0020]

[0021] 所述的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，反射镜列数N为奇数，接收器正下方设有一列反射镜，其它反射镜关于镜场中心对称布置。

[0022] 本发明的有益效果主要表现在：结合单管接收器的特点，给出了利用最大接受半角控制镜场高宽进而进行优化布置的方法，利用几何方法推导了无阴影镜场布置的计算公式，可以快速准确地求得单管接收器的线性菲涅尔式聚光集热系统在特定时间(系统无阴影工作时间)内无阴影影响的反射镜布置间距。

附图说明

[0023] 图1：线性菲涅尔式聚光系统镜场的布置原理图；

[0024] 图2：系统无阴影工作时间与地面覆盖率的关系。

具体实施方式

[0025] 以下对本发明利用最大接受半角控制镜场高宽进而进行优化布置的方法进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0026] 实施例1：

[0027] 见图1，线性菲涅尔式聚光系统镜场的布置原理。CPC最大接受半角为θmax；接收器放置在距反射镜所在平面的高H处；反射镜宽度为D；第n面反射镜中心与镜场中心的距离为Qn，其与水平面的夹角为βn(倾斜角)；相邻反射镜间距为Sn；太阳光入射角为α(α )；反射光线入射角为θn。

[0028] 一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，其主要特点在于包括如下步骤：

[0029] (1)选定CPC，确定CPC最大接受半角θmax和反射镜的宽度D；

[0030] (2)设定太阳光入射角α( )和反射镜列数N；

[0031] (3)给定CPC高度H；

[0032] (4)令Q0＝0，

[0033] 其中Q0为镜场中心反射镜与镜场中心的距离，β0为镜场中心反射镜与水平面的夹角；

[0034] (5)每列反射镜与镜场中心的距离Qn( )由下列各式联立求得：

[0035]

[0036]

[0037] Qn＝Qn-1+Sn,n≥1 (3)

[0038] 其中Sn为相邻反射镜的间距；

[0039] (6)如果最远端反射镜的反射光线入射角 小于或等于CPC最大接受半角θmax，则转至第(7)步，否则令H＝H+1，转至第(4)步；

[0040] (7)计算结束，保存计算结果；

[0041] 以上计算结果就是系统无阴影工作时间为t的N列反射镜布置间距。

[0042] 所述的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，所述的反射镜列数为21，接收器正下方设有一列反射镜，其它20列关于镜场中心对称布置，两边各10列。

[0043] 所述的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，系统无阴影工作时间由下式求得：

[0044]

[0045] 系统无阴影工作时间为6h的21列反射镜布置间距如表1所示：

[0046] 表1系统无阴影工作时间为6h的镜场布置

[0047]

[0048] 实施例2：一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，设定太阳光入射角α分别为60°和30°，即系统无阴影工作时间t分别为4h和8h，步骤及其它参数同实施例1。系统无阴影工作时间为4h和8h的21列反射镜布置间距分别如表2和表3所示：

[0049] 表2系统无阴影工作时间为4h的镜场布置

[0050]

[0051] 表3系统无阴影工作时间为8h的镜场布置

[0052]

[0053] 实施例3：一种线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，所述的太阳光入射角α选择不同的值，则对应不同的布置间距，而不同的布置间距对应着不同的地面覆盖率。系统无阴影工作时间与地面覆盖率的关系如图2所示。

[0054] 所述的线性菲涅尔式聚光系统镜场的优化布置方法，所述的系统无阴影工作时间t通过地面覆盖率优化选取为6h(太阳光入射角α＝45°所对应的系统无阴影工作时间)，此时地面覆盖率为73.28％。

[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。