應(yīng)用于聚光太陽(yáng)能發(fā)電的三臂式光跟蹤系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)

摘要：
　　隨著全球能源危機(jī)的加劇，節(jié)能減排成為了發(fā)展的主流。針對(duì)能源短缺問(wèn)題，從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，以節(jié)能為目的，本文提出了新型的三臂式聚光跟蹤系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)由四象限光電傳感器檢測(cè)入射光，通過(guò)控制模塊處理，自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)角裝置中的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，測(cè)得光角并傳給反光裝置，調(diào)節(jié)反光裝置使反射光始終聚焦在接收器上，適用于塔式太陽(yáng)能聚光發(fā)電的場(chǎng)合。
　　作品內(nèi)容簡(jiǎn)介
　　塔式太陽(yáng)能聚光發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但因聚光效率低，控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高等問(wèn)題至今仍未商業(yè)化。為提高聚光精度，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了三臂式機(jī)械機(jī)構(gòu)，采用測(cè)角裝置與反光裝置雙跟蹤系統(tǒng)，大大地提高了聚光發(fā)電的性?xún)r(jià)比，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
　　我們通過(guò)測(cè)角裝置與太陽(yáng)光垂直得到太陽(yáng)光位置，并傳給各反光裝置。反光裝置根據(jù)相應(yīng)算法做出調(diào)整，使所有的反射光聚焦在接收塔，提高太陽(yáng)光利用率。
　　創(chuàng)新點(diǎn)：
　　創(chuàng)新的三臂滑道式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便和調(diào)整精度高，降低成本和系統(tǒng)功耗。
　　將測(cè)角裝置和反光裝置分離出來(lái)，低成本高效率的得到太陽(yáng)光的位置信號(hào)并精確的將反射光聚焦在一點(diǎn)。
　　跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將太陽(yáng)光始終聚焦在接受塔處，不受太陽(yáng)方位變化的影響，大大提高了太陽(yáng)能的利用率。
　　本系統(tǒng)各模塊部件可單獨(dú)更換，便于維修維護(hù)；根據(jù)不同應(yīng)用對(duì)相應(yīng)模塊做調(diào)整，擴(kuò)大系統(tǒng)裝置的應(yīng)用范圍，如各種跟蹤系統(tǒng)，趨光系統(tǒng)，導(dǎo)光系統(tǒng)，有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
　　本系統(tǒng)的模型及功能已完成，后續(xù)工作是系統(tǒng)的測(cè)試及優(yōu)化。我們堅(jiān)信本系統(tǒng)在新能源利用，節(jié)能減排方面發(fā)揮了巨大作用，創(chuàng)造高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
　　1項(xiàng)目背景及意義
　　太陽(yáng)能取之不盡用之不竭，而且不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，與其他形式的可再生能源相比如風(fēng)能，太陽(yáng)能是來(lái)源最為豐富且最穩(wěn)定的能源。據(jù)海外媒體報(bào)道，一份由多國(guó)研究人員聯(lián)合撰寫(xiě)的報(bào)告指出，聚光太陽(yáng)能發(fā)電繼風(fēng)能、光電池之后，已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角，有望成為解決能源匱乏、應(yīng)對(duì)氣候變暖的有效技術(shù)手段。采用聚光太陽(yáng)能發(fā)電（CSP）技術(shù)，2050年，沙漠中的太陽(yáng)能發(fā)電站將可以滿(mǎn)足全球能源需求的25%，對(duì)CSP的投資有可能高達(dá)1740億歐元，太陽(yáng)能發(fā)電站的產(chǎn)能可達(dá)1.5萬(wàn)億瓦，占全球電能需求的四分之一。同時(shí)還能創(chuàng)造200萬(wàn)個(gè)工作機(jī)會(huì)，每年減少21億噸二氧化碳排放?？茖W(xué)家認(rèn)為，位于“陽(yáng)光充足地帶”的國(guó)家將從CSP技術(shù)中獲益，包括美國(guó)南部的沙漠地區(qū)、非洲北部、墨西哥、中國(guó)和印度等。
　　塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由日光反射鏡子系統(tǒng)、接收器組成成，如圖1-1所示。其中日光反射鏡子系統(tǒng)由大量大型、平坦的太陽(yáng)跟蹤反射鏡構(gòu)成，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，把太陽(yáng)光聚焦到塔頂?shù)慕邮掌?。在接收器中?duì)傳熱流體進(jìn)行加熱，產(chǎn)生高溫過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽推動(dòng)常規(guī)渦輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式CSP電站的主要優(yōu)勢(shì)在于它的工作溫度較高（800~1000℃），使其年度發(fā)電效率可以達(dá)到17%~20%，并且由于管路循環(huán)系統(tǒng)較槽式系統(tǒng)簡(jiǎn)單得多，提高效率和降低成本的潛力都比較大；塔式CSP電站采用濕冷卻的用水量也略少于槽式系統(tǒng)，若需要采用干式冷卻，其對(duì)性能和運(yùn)行成本的影響也較低。塔式CSP的缺點(diǎn)也是明顯的：為了將陽(yáng)光準(zhǔn)確匯聚到集熱塔頂?shù)慕邮掌魃?，?duì)每一塊定日鏡的雙軸跟蹤系統(tǒng)都要進(jìn)行單獨(dú)控制，而槽式系統(tǒng)的單軸追蹤系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上和控制上都要簡(jiǎn)單得多；由于缺乏大型商用案例（占在運(yùn)CSP裝機(jī)容量的5.1%），相對(duì)槽式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，塔式CSP電站的成本、性能、可靠性都還存在一定的不確定性；為發(fā)揮其效率潛力而需使用的融鹽介質(zhì)也尚存一些技術(shù)問(wèn)題值得顧慮。
　　
　　圖 11電力塔發(fā)電廠(chǎng)
　　為了解決現(xiàn)有塔式CSP存在的問(wèn)題，我們提出了應(yīng)用于聚光太陽(yáng)能發(fā)電的三臂式光跟蹤系統(tǒng)。本系統(tǒng)不僅有效的解決了跟蹤系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題，還降低了跟蹤系統(tǒng)的成本，提高了跟蹤系統(tǒng)的性能與可靠性，對(duì)塔式CSP的發(fā)展有大大的推動(dòng)作用。