應(yīng)用于聚光太陽能發(fā)電的三臂式光跟蹤系統(tǒng)說明書

摘要：
　　隨著全球能源危機的加劇，節(jié)能減排成為了發(fā)展的主流。針對能源短缺問題，從實際應(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)計由四象限光電傳感器檢測入射光，通過控制模塊處理，自動調(diào)節(jié)測角裝置中的電機運動，測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，適用于塔式太陽能聚光發(fā)電的場合。
　　作品內(nèi)容簡介
　　塔式太陽能聚光發(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，成本高等問題至今仍未商業(yè)化。為提高聚光精度，簡化控制系統(tǒng)，我們設(shè)計了三臂式機械機構(gòu)，采用測角裝置與反光裝置雙跟蹤系統(tǒng)，大大地提高了聚光發(fā)電的性價比，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
　　我們通過測角裝置與太陽光垂直得到太陽光位置，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，提高太陽光利用率。
　　創(chuàng)新點：
　　創(chuàng)新的三臂滑道式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、控制方便和調(diào)整精度高，降低成本和系統(tǒng)功耗。
　　將測角裝置和反光裝置分離出來，低成本高效率的得到太陽光的位置信號并精確的將反射光聚焦在一點。
　　跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)了將太陽光始終聚焦在接受塔處，不受太陽方位變化的影響，大大提高了太陽能的利用率。
　　本系統(tǒng)各模塊部件可單獨更換，便于維修維護；根據(jù)不同應(yīng)用對相應(yīng)模塊做調(diào)整，擴大系統(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)的測試及優(yōu)化。我們堅信本系統(tǒng)在新能源利用，節(jié)能減排方面發(fā)揮了巨大作用，創(chuàng)造高社會經(jīng)濟效益。
　　1項目背景及意義
　　太陽能取之不盡用之不竭，而且不會產(chǎn)生溫室氣體，與其他形式的可再生能源相比如風(fēng)能，太陽能是來源最為豐富且最穩(wěn)定的能源。據(jù)海外媒體報道，一份由多國研究人員聯(lián)合撰寫的報告指出，聚光太陽能發(fā)電繼風(fēng)能、光電池之后，已經(jīng)開始嶄露頭角，有望成為解決能源匱乏、應(yīng)對氣候變暖的有效技術(shù)手段。采用聚光太陽能發(fā)電（CSP）技術(shù)，2050年，沙漠中的太陽能發(fā)電站將可以滿足全球能源需求的25%，對CSP的投資有可能高達(dá)1740億歐元，太陽能發(fā)電站的產(chǎn)能可達(dá)1.5萬億瓦，占全球電能需求的四分之一。同時還能創(chuàng)造200萬個工作機會，每年減少21億噸二氧化碳排放?？茖W(xué)家認(rèn)為，位于“陽光充足地帶”的國家將從CSP技術(shù)中獲益，包括美國南部的沙漠地區(qū)、非洲北部、墨西哥、中國和印度等。
　　塔式太陽能熱發(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、平坦的太陽跟蹤反射鏡構(gòu)成，對太陽進行實時跟蹤，把太陽光聚焦到塔頂?shù)慕邮掌鳌Ｔ诮邮掌髦袑鳠崃黧w進行加熱，產(chǎn)生高溫過熱蒸汽，過熱蒸汽推動常規(guī)渦輪發(fā)電機組發(fā)電。塔式CSP電站的主要優(yōu)勢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，其對性能和運行成本的影響也較低。塔式CSP的缺點也是明顯的：為了將陽光準(zhǔn)確匯聚到集熱塔頂?shù)慕邮掌魃?，對每一塊定日鏡的雙軸跟蹤系統(tǒng)都要進行單獨控制，而槽式系統(tǒng)的單軸追蹤系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上和控制上都要簡單得多；由于缺乏大型商用案例（占在運CSP裝機容量的5.1%），相對槽式系統(tǒng)來說，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)問題值得顧慮。
　　
　　圖 11電力塔發(fā)電廠
　　為了解決現(xiàn)有塔式CSP存在的問題，我們提出了應(yīng)用于聚光太陽能發(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，對塔式CSP的發(fā)展有大大的推動作用。