帶有分布式驅(qū)動(dòng)器的自供電定日鏡架構(gòu)

什么是CSP

聚焦式太陽(yáng)能(CSP)發(fā)電廠(chǎng)或太陽(yáng)能塔發(fā)電廠(chǎng)有望在未來(lái)提供可持續(xù)的可靠能源，具有不可估量的價(jià)值。CSP可以實(shí)現(xiàn)全時(shí)段能源供應(yīng)，相比光伏發(fā)電廠(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯。 根據(jù)安裝方式，CSP發(fā)電廠(chǎng)也被稱(chēng)作太陽(yáng)能塔發(fā)電廠(chǎng)。太陽(yáng)在天空中移動(dòng)時(shí)，通過(guò)高塔上由電腦控制的一大片鏡子（稱(chēng)為定日鏡）反射太陽(yáng)光。反射的太陽(yáng)光被收集至中央的吸收器，產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱交換器和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。這樣一來(lái)，它們就可以作為基荷電站進(jìn)行發(fā)電。 在認(rèn)識(shí)到對(duì)安全且環(huán)保的能源供應(yīng)的需求后，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)與能源部啟動(dòng)了一項(xiàng)新的研究項(xiàng)目，旨在支持可再生能源解決方案的開(kāi)發(fā)。

什么是AutoR

“定日鏡自動(dòng)化控制”(AutoR)項(xiàng)目于2013年12月啟動(dòng)，旨在為聚焦式太陽(yáng)能領(lǐng)域提供增強(qiáng)型創(chuàng)新技術(shù)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)CSP發(fā)電技術(shù)，以降低技術(shù)實(shí)施門(mén)檻。具體來(lái)說(shuō)包括降低定日鏡場(chǎng)的成本，提升定日鏡場(chǎng)系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，以及提高定日鏡在行業(yè)中的普及性。 為了達(dá)成上述幾個(gè)方面的目標(biāo)，從技術(shù)層面到制作工藝，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種有助于降低定日鏡成本的方法。這些方法相互緊密協(xié)調(diào)與配合，形成了包含獨(dú)特功能的全新兼容定日鏡概念。 我們的目標(biāo)是促進(jìn)和推動(dòng)開(kāi)發(fā)以無(wú)線(xiàn)方式管理的各種小型自動(dòng)化定日鏡。

有哪些改進(jìn)？

重量方面：通過(guò)降低風(fēng)荷載的夾層面和地錨，減輕了重量

性能方面：通過(guò)使用帶絞車(chē)輪的高效邊緣驅(qū)動(dòng)，提升了性能

無(wú)線(xiàn)控制能源利用方面：縮小了定日鏡的尺寸，節(jié)約了單位鏡面所需要的鋼材

能源消耗方面：降低的能耗可用于光伏電池和能源儲(chǔ)存

成本優(yōu)化方面：采用低成本且經(jīng)濟(jì)高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

制造工藝方面：采用更加普及的技術(shù)（如3D打印）來(lái)制造零件

帶有分布式驅(qū)動(dòng)器的自供電定日鏡架構(gòu)

與基于擺率驅(qū)動(dòng)或絲杠線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的解決方案相比，邊緣驅(qū)動(dòng)定日鏡概念的一大優(yōu)勢(shì)在于其傳動(dòng)系統(tǒng)中一律采用高效率的組件。 電氣系統(tǒng)架構(gòu)可分為三個(gè)部分：

用于通信和能源的光伏/無(wú)線(xiàn)。

用于控制邊緣驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。采用智能傳感器系統(tǒng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行了優(yōu)化，以降低成本，同時(shí)達(dá)到理想的電機(jī)效率。該閉環(huán)系統(tǒng)的行為特性可編程，因此能夠靈活應(yīng)對(duì)陣風(fēng)。

電池管理功能方便能量收集。

組件

HelioDrive

HelioDrive是一款安裝在定日鏡上的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)解決方案。定日鏡的每根軸上都需要安裝一個(gè)HelioDrive。它是聚焦式太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)定位應(yīng)用的高效機(jī)電解決方案。

將所有的組件（電機(jī)、齒輪箱、制動(dòng)線(xiàn)性執(zhí)行器、傳感器、編碼器和電子設(shè)備）集成在同一個(gè)外殼中，可以得到一個(gè)高度緊湊且即插即用的解決方案，經(jīng)過(guò)全面預(yù)裝，易于安裝。HelioDrive還有一個(gè)特點(diǎn)是帶有太陽(yáng)位置算法和運(yùn)動(dòng)學(xué)變換功能的完整配套軟件。

主要特性：

高分辨率和定位精度

高分辨率傳感器和高精度編碼器系統(tǒng)

支持多種接口：RS-485/USB/CAN

防水防塵：IP67外殼，帶接地層

溫度范圍：-20°C至+50°C

能夠增加額外傳感器和終端開(kāi)關(guān)支持

獨(dú)立太陽(yáng)追蹤

HelioEBMU

能量和電池管理單元是AutoR設(shè)計(jì)的特有功能之一。 定日鏡使用小型光伏電池供電。電池或超級(jí)電容安裝在本地，作為將能量緊急轉(zhuǎn)移至裝載位置或夜間轉(zhuǎn)移（如轉(zhuǎn)移至清洗位置）的緩沖。 光伏板的尺寸經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，可以在晴天條件下產(chǎn)生充足的電能用于追蹤，并持續(xù)為能量緩沖裝置充電，能量緩沖裝置的尺寸可支持一定次數(shù)的完整轉(zhuǎn)移。 能量收集通過(guò)光伏板與電池相結(jié)合的方式，使用電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)完成。 光伏電池在最大功率點(diǎn)條件下工作。根據(jù)選用的電池技術(shù)，所提供的電能管理可以延長(zhǎng)電池使用壽命。 能源儲(chǔ)存和管理單元作為帶有廣泛診斷特性的智能構(gòu)建模塊實(shí)現(xiàn)。 特性：

基于光伏的本地能量收集

最大功率點(diǎn)跟蹤

分布式和集中式概念

緊急或夜間運(yùn)行情況下的電池電能緩沖

HelioNode – Mesh網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)

無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種面向不同工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用的新興技術(shù)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備不僅要傳輸自己的數(shù)據(jù)，還要充當(dāng)相鄰節(jié)點(diǎn)的繼電器。 HelioNode是一個(gè)硬件平臺(tái)，包括用于太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)無(wú)線(xiàn)監(jiān)控的專(zhuān)用協(xié)議。 主要特性：

適用于大型定日鏡場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)自組織通信系統(tǒng)

自愈網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)加密和冗余實(shí)現(xiàn)安全性

與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的額外直連，便于實(shí)時(shí)操作

DSME和地理路由等特殊技術(shù)。

審核編輯 ：李倩