[发明专利]定日镜场的布局方法以及定日镜场排布计算系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种定日镜场的布局方法以及定日镜场排布计算系统。

背景技术

塔式太阳能发电系统是在空地上建造一座中央塔，其顶部安装一个集热器，以构成中央集热塔，周围安装一定数量的定日镜，定日镜聚集太阳光到塔顶的集热器，集热器内腔产生高温，然后通过集热器内部的工质接收热量而产生高温蒸汽，推动汽轮机发电。

太阳能热电塔系统一般由反射镜阵列、高塔、集热器、蓄能器、发电机组等五个主要部分组成，反射镜按一定的规则进行排列组成反射镜阵列。这些镜子自动跟踪太阳，将太阳光正确地投射到集热器窗口。集热器被设计为一个侧面受光或四周受光体，将接收的太阳光转换成热能后，使流动介质在加热盘产生蒸汽。热量一部分用来驱动发电机发电，另一部分被储存在蓄能器中，作为没有阳光时的备用能量。

塔式太阳能发电系统具有聚光倍数高和能量集中的特点，容易实现较高工作温度，定日镜的数量越多，聚光比越大，接收器集热温度越高。聚光通过反射光线直接完成，方法简单有效，散热面积相对较小，且有较高的光热转换效率，同时，塔式太阳能发电系统的后端技术可与现有火电站兼容，方便对火电站改造，降低碳排放，有望成为太阳能发电的主要方式。

目前塔式系统常见的镜场排列方式如图1所示：

目前，大部分塔式发电系统的镜场分布为同心圆形式，如图1所示。此外，有些镜场为了简化建设难度，采用了简单的线性排列方式。在大部分的塔式太阳能发电系统中，中央集热塔处于镜场的物理中心。

发明内容

本发明的目的是提供一种定日镜场排布计算系统，以解决各地理纬度的塔式太阳能发电系统中定日镜场布局不合理的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定日镜场排布计算系统，包括：

能量反射效率计算模块，用于确定定日镜的能量反射效率；

能量截断效率计算模块，确定定日镜的能量截断效率；

镜场排布形态计算模块，与能量反射效率计算模块、能量截断效率计算模块相连，并通过能量反射效率和能量截断效率获得镜场的排布形态；以及

与镜场排布形态计算模块相连的镜场分布范围计算模块；

所述镜场分布范围计算模块适于根据全年的能量接收效率分布图规划出定日镜排布的内、外边界线，以构成镜场的分布范围；

所述镜场分布范围计算模块与各定日镜的排布坐标计算模块相连，通过以确定各定日镜的排布坐标。

进一步，所述能量反射效率适于通过如下公式表示：

η_ref＝η_c·η_n·η_d·η_r；

式中：η_ref为定日镜能量反射效率，η_c为定日镜余弦效率，η_n为大气衰减效率，η_d为中心点距离效率，η_r为镜面反射效率。

进一步，能量截断效率适于通过以下公式表示：

式中：η_t为定日镜能量截断效率，σ为太阳半张角，点x、y的范围为以镜场中心为原点所建立的坐标系对应的定日镜反射光斑区域。

进一步，镜场排布形态计算模块适于根据能量反射效率和能量截断效率对一定范围内所有定日镜的能量接收效率进行计算，生成全年的能量接收效率分布图，对镜场排布形态加以拟合，其中

单个定日镜全年的能量接收效率适于通过其在每个时刻下的能量接收效率在全年的基础上通过积分运算得到，即通过以下公式表示：

式中：η_fin为定日镜的全年能量接收效率，η_ref为能量反射效率，η_t为能量截断效率，D为全年的日序列时刻；

通过对一定范围内的定日镜进行全年能量接收效率的计算，以对镜场排布形态进行确定；即对应地理纬度从低到高的变化，将镜场的效率圈划分为：椭圆形、非中心对称圆形和扇形。

进一步，地理纬度从低到高，即

在赤道附近，镜场分布拟合为椭圆形；

在中低纬度地区，镜场拟合为非中心对称圆形，以及

在中纬度地区，镜场拟合为扇形。

进一步，所述排布坐标计算模块适于确定定日镜的环数；即

定日镜的环数适于通过以下公式表示：