塔式太陽(yáng)能電站中定日鏡的關(guān)鍵技術(shù)綜述

1、    塔式太陽(yáng)能電站中定日鏡的關(guān)鍵技術(shù)綜述    楊延坤摘 要 定日鏡場(chǎng)是塔式太陽(yáng)能電站中的核心系統(tǒng)，其建設(shè)費(fèi)用約占整個(gè)電廠總成本的50%，能量損失占整個(gè)系統(tǒng)的47%，因此降低定日鏡成本、提高定日鏡聚光效果對(duì)塔式電站至關(guān)重要。目前對(duì)定日鏡場(chǎng)的研究主要分為三個(gè)部分：定日鏡本身的設(shè)計(jì)、定日鏡的跟蹤系統(tǒng)以及定日鏡場(chǎng)布局。關(guān)鍵詞 定日鏡場(chǎng);塔式太陽(yáng)能電站;聚光效果1定日鏡的設(shè)計(jì)定日鏡主要由鏡面、支架、基座等部分組成。鏡面用以反射光線，其聚光性能至關(guān)重要，而聚光性能則與面型有關(guān)。定日鏡面型有平面鏡、曲面鏡兩種。平面鏡對(duì)于光線沒(méi)有匯聚作用，因此平面鏡的面積不能過(guò)大

2、，一般在12m2間，采用，否則無(wú)法形成較好的光斑;曲面鏡則與之相反，面積可達(dá)到100m2以上，但其成本高、安裝調(diào)試?yán)щy。鏡面材料主要有兩種，一種是鍍銀的低鐵玻璃反射鏡，這種鏡面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反射率高，是目前主要應(yīng)用的材料;另一種是張力金屬膜反射鏡，鏡面由一張金屬膜構(gòu)成，可以通過(guò)調(diào)節(jié)定日鏡內(nèi)部壓力來(lái)調(diào)節(jié)定日鏡的焦距，但鏡面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬膜的清潔煩瑣。定日鏡有矩形、圓形、多邊形等多種形狀，考慮土地利用率的情況下，定日鏡最好設(shè)計(jì)為六邊形，而考慮強(qiáng)風(fēng)作用下反射光會(huì)偏離原有軌道的話，定日鏡設(shè)計(jì)為正方形最好。定日鏡的支架一般采用金屬框架，能減小鏡面重量，減小定日鏡運(yùn)行時(shí)的能耗。定日鏡的底座分為獨(dú)臂式和圓形底座

3、式，獨(dú)臂支架式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但需要更多材料，圓形底座式穩(wěn)定性較好但結(jié)構(gòu)復(fù)雜1。2定日鏡的跟蹤系統(tǒng)定日鏡為保證將不同時(shí)刻的太陽(yáng)光反射至吸熱器，必須跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。定日鏡的跟蹤方式有閉環(huán)、開(kāi)環(huán)以及開(kāi)閉環(huán)相結(jié)合3種。閉環(huán)跟蹤是使用傳感器形成反饋跟蹤，傳感器測(cè)定太陽(yáng)的位置作為反饋信號(hào)，提供位置的誤差來(lái)控制定日鏡調(diào)整形態(tài)。常用的傳感器有光敏傳感器、光電池等。這種方法精度高、成本高，但在多云等惡劣的天氣情況下無(wú)法使用，無(wú)法規(guī)?；瘧?yīng)用;開(kāi)環(huán)跟蹤是確定當(dāng)前時(shí)刻太陽(yáng)位置、定日鏡的空間位置和吸熱器的空間位置，通過(guò)光的反射定理即入射角等于反射鏡，從而確定定日鏡的姿態(tài)。這種方式成本低，被廣泛應(yīng)用，但存在累計(jì)誤差，需要定時(shí)校正

4、定日鏡。計(jì)算太陽(yáng)位置有多種算法，迄今為止最精確的算法是由reda和andreas發(fā)表的太陽(yáng)位置算法（spa），精度可達(dá)0.0003°開(kāi)閉環(huán)結(jié)合是以開(kāi)環(huán)跟蹤為主，閉環(huán)跟蹤為輔，利用傳感器進(jìn)行誤差校正。定日鏡采用雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)以保證跟蹤精度，目前轉(zhuǎn)動(dòng)方式有兩種：方位角-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)和自旋-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示：（a）為方位角-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)，分為繞豎直軸和水平軸旋轉(zhuǎn);（b）為自旋-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)，采用鏡面自旋，同時(shí)調(diào)整鏡面仰角的方式實(shí)現(xiàn)定日鏡朝向的改變。與方位角-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)相比，自旋-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)可以使光斑更均勻地集中在吸熱器上，但自旋-仰角轉(zhuǎn)動(dòng)方式會(huì)消耗更多的能量2。3定日鏡場(chǎng)布局在技術(shù)允許范圍內(nèi)以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)確定

5、定日鏡場(chǎng)布局，主要遵循兩個(gè)原則：定日鏡近塔密、遠(yuǎn)塔疏;在北半球的電站塔北密，塔南疏，南半球則反之。以塔的數(shù)量劃分，布局有單塔鏡場(chǎng)和多塔鏡場(chǎng)兩種.單塔鏡場(chǎng)的布局常見(jiàn)的有長(zhǎng)方形、圓形、扇形、貝形等。在長(zhǎng)方形、圓形的鏡場(chǎng)中，吸熱塔位于在鏡場(chǎng)中心位置，因此將鏡場(chǎng)分為南北鏡場(chǎng)兩部分，由于余弦效應(yīng)的存在，北鏡場(chǎng)定日鏡密度應(yīng)大于南鏡場(chǎng);而在扇形、貝形鏡場(chǎng)中，鏡場(chǎng)應(yīng)位于吸熱塔的北面，定日鏡布置一般采用徑向交錯(cuò)方式，這種排列方式可以避免定日鏡處于相鄰定日鏡反射光線的正前方而造成的遮擋損失。此外，還有根據(jù)吸熱器的開(kāi)口大小和定日鏡的效率因子進(jìn)行鏡場(chǎng)優(yōu)化的方法，以確保系統(tǒng)整體效率的提高?？紤]到余弦損失的影響，單塔鏡場(chǎng)

6、面積不能無(wú)限大，因此多塔鏡場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模發(fā)電的有效方式，以esolar公司的多塔式鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)為例，其采用了四個(gè)六邊形的子鏡場(chǎng)圍繞一個(gè)吸熱塔作為一個(gè)模塊，能夠有效提高土地利用率，獲得更多的熱量3。4結(jié)束語(yǔ)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電聚光比大，工作溫度高，與其他太陽(yáng)能熱發(fā)電相比成本更低，可實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電，具有廣闊的發(fā)展前景。目前國(guó)外塔式太陽(yáng)能電站的技術(shù)較為成熟，每度電的成本能夠降低到10美分，相信在不久后將能與火電站的成本相競(jìng)爭(zhēng)。而國(guó)內(nèi)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電起步晚，在定日鏡場(chǎng)方面的技術(shù)還不成熟，成本高產(chǎn)能低，除了需要技術(shù)的不斷進(jìn)步外，更需要關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化來(lái)降低成本，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)還需要建設(shè)單位、科研單位、設(shè)備制造單位的共同努力，突破技術(shù)上的難關(guān)。參考文獻(xiàn)1 中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì).中國(guó)基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展報(bào)告r.北京：國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，2001.2 楊琛，薛錚，方彥軍，等. 塔式太陽(yáng)能鏡場(chǎng)三軸支撐定日鏡控制裝置j. 熱力發(fā)電，2018（12）：35-40.3 丁偉杰.塔式電站中定日鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度分析j.電子測(cè)試，2017 （17）：43-44.科學(xué)與信息化2020年21期科學(xué)與信息化的其它文章光伏太陽(yáng)能led路燈照明系統(tǒng)設(shè)