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《太陽能塔式熱發(fā)電聚光場的光學(xué)性能分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第37卷第11期光子學(xué)報Vol.37No.112008年11月ACTAPHOTONICASINICANovember20083太陽能塔式熱發(fā)電聚光場的光學(xué)性能分析1,2311魏秀東,王瑞庭,張紅鑫,盧振武(1中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室,長春130033)(2中國科學(xué)院研究生院,北京100049)(3吉林大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院,長春130022)摘要:提出了一種動態(tài)模擬太陽能塔式熱發(fā)電聚光場焦斑及焦面上能流密度分布的方法,采用光線追跡法對聚光過程進(jìn)行建模,推導(dǎo)了焦斑計算公式,并編制了基于MATL
2、AB的應(yīng)用程序,實現(xiàn)了對焦斑及焦面上能流密度分布的實時模擬,給出了焦斑分布及焦面上任意點能流密度隨時間的變化曲線.關(guān)鍵詞:太陽能塔式熱發(fā)電;聚光場;光線追跡法;動態(tài)模擬中圖分類號:O439文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:100424213(2008)1122279250引言角θ,表示入射角,δR表示集熱器軸線與鉛垂方向的夾角,EH,AH分別表示鏡面中心點法線方向的俯仰[1]太陽能聚光熱發(fā)電技術(shù)是利用聚光場收集太角和方位角,T和M分別表示集熱器入口和定日鏡陽輻射能,利用得到的熱能進(jìn)行發(fā)電的技術(shù).太陽能的中心點,在跟蹤太陽過程中
3、所有定日鏡的反射主聚光技術(shù)是光學(xué)技術(shù)在太陽能發(fā)電領(lǐng)域的具體應(yīng)光線始終瞄準(zhǔn)T點,M、T間距離用S0表示.用.聚光場由按一定規(guī)律布置的定日鏡陣列組成,每[2]面定日鏡可繞雙軸轉(zhuǎn)動跟蹤太陽并將陽光反射到集熱器,因此,在電站運行過程中,聚光場的焦斑動態(tài)變化.由于光場的復(fù)雜性和動態(tài)性,采用傳統(tǒng)光學(xué)[326]設(shè)計軟件及設(shè)計方法很難實現(xiàn)對聚光場的優(yōu)化設(shè)計.目前,國外有關(guān)聚光場的設(shè)計軟件如[7][829]HFLCAL,DELSOL3,WinDELSOL1.0及[10211]其他一些設(shè)計方法均處于實驗研究階段,國內(nèi)還沒有相關(guān)設(shè)計軟件的
4、報道.此外,現(xiàn)有的設(shè)計軟件一般只考慮提高聚光場的光學(xué)效率,而忽視了聚光場與集熱器的匹配,在電站的實際運行中存在一定的安全隱患.為了更好的實現(xiàn)聚光場的優(yōu)化設(shè)計,使聚光場圖1坐標(biāo)系統(tǒng)的建立與集熱器達(dá)到匹配,需要分析聚光場的聚光特性.本Fig.1Toestablishthecoordinatesystem文采用光線追跡法對聚光場的聚光過程進(jìn)行建模,以M為原點建立鏡面坐標(biāo)系XmYmZm(如圖1其中考慮了定日鏡的面形誤差及跟蹤誤差對聚光性(a)),Zm軸與鏡面中心點法線方向重合,由鏡面曲能的影響,編制了基于MATLAB的應(yīng)用程
5、序,實現(xiàn)率及面形誤差造成的鏡面法線方向的偏轉(zhuǎn)可表示了對聚光場焦斑及能流分布的動態(tài)模擬.[12]為1理論計算dN=(CXm+δnwx)im+(CYm+δnwy)jm(1)式中,C表示該點曲率,δnwx,δnwy表示面形誤差引起在圖1所示的右手直角坐標(biāo)系中,dH表示定的法線偏移量,im,jm表示沿Xm,Ym軸方向的單位日鏡與集熱器的水平距離,θH表示定日鏡的方位向量,Xm,Ym表示鏡面點坐標(biāo).太陽光的半角展寬為ε/2=4.65mrad,入射到3國家863高技術(shù)研究與發(fā)展計劃和中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工鏡面任一點的光線可視為頂角
6、為ε的光錐,如圖2,程(2006AA050101,2006AA050102,2006AA05010501)資助Tel:0431286176893Email:wei.xiudong@yahoo.com.cn圖中δn表示鏡面法線的偏轉(zhuǎn),ε/2表示太陽的半角收稿日期:2007206220展寬.2280光子學(xué)報37卷cosλ+cosδRsinλ)(7)cosαt=-sinΔrxcosθH+sinΔrysinθHcosλ-22cos(Δrx+Δry)sinθHsinλcosβt=-sinΔrxsinθHcosδR-sinΔry
7、(cosθHcosδR22cosλ-sinδRsinλ)+cos(Δrx+Δry)·(cosθHcosδRsinλ+sinδRcosλ)cosγt=sinΔrxsinθHsinδR+sinΔry(cosθHsinδR·圖2陽光在鏡面子午截面內(nèi)的光路22Fig.2Theillustrationofthepathsofraysinthecosλ+cosδRsinλ)-cos(Δrx+Δry)·tangentialsectionplaneoftheheliostat(cosθHsinδRsinλ-cosδRcosλ)(8)
8、以光錐的軸線方向為陽光入射方向,為了模擬太陽光穿透大氣到達(dá)地球表面時,垂直入射方2太陽發(fā)散角對聚光場焦斑的影響,在光錐內(nèi)均勻追向的平面上太陽輻照度(單位:W/m)可由下式求[13]跡n根光線,每根光線偏離軸線的角度表示為得δix=ρsuncosθsunsinαE=1367[1+0.033cos(2πn/365)](9)δiy=ρsunsinθs
