蝶式光伏发电聚光器研制
碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的设计与研究的开题报告
碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的设计与研究的开题报告一、选题背景太阳能是一种清洁、可再生且无限的能源，因此被广泛认可为未来能源的首选。
然而，太阳能的利用率仍有提升空间，尤其对于大规模商业化应用而言，提高太阳能的收集效率至关重要。
碟式太阳能聚光器是一种可实现高效聚光的太阳能收集设备，其集中光线能使所聚集的太阳能产生高密度的热能，可以用来发电或制热，具有广泛的应用前景。
然而，碟式太阳能聚光器的高效聚光需要实现对太阳光线的精准跟踪，此过程对于太阳能收集系统的整体性能至关重要。
因此，设计和研究一种优秀的碟式太阳能聚光器跟踪控制系统对于提高太阳能的利用效率具有重要意义。
二、研究目的本文旨在设计并研究一种高效、稳定、精准的碟式太阳能聚光器跟踪控制系统，以实现对太阳光线的精准跟踪，提高太阳能的收集效率，并探讨该系统的优化方法，为碟式太阳能聚光器的商业化应用提供技术支持。
三、研究内容本文的主要研究内容包括：1. 了解碟式太阳能聚光器原理和特点，分析其对太阳光线的跟踪要求和局限性。
2. 分析影响太阳光线跟踪的因素，确定跟踪控制系统中的关键技术点。
3. 设计基于Arduino或其他微控制器的碟式太阳能聚光器跟踪控制系统，包括硬件部分设计和控制算法实现。
4. 对系统进行实验验证，分析其收集效率和跟踪精度，探讨可能的优化方法。
四、研究意义本文设计的碟式太阳能聚光器跟踪控制系统可以提高太阳能的收集效率，增强了太阳能在商业应用中的可行性和可靠性。
此外，该系统的研究对于太阳能的发展和推广具有重要意义，为推动清洁能源的应用和可持续发展作出了贡献。
五、预期成果本文预期的成果包括：1. 碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的设计方案和控制算法。
2. 碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的实验结果和分析，评估其性能和优化潜力。
3. 有关碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的论文发表和专利申请。
六、研究方法本文采用实验和理论相结合的方法，主要研究方法包括：1. 对碟式太阳能聚光器的原理和特性进行理论分析和探讨，分析其跟踪控制系统设计的难点和问题。
大型碟式光热太阳能聚光器结构风荷分析
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ２ ５ ｋ Ｗ ｄ ｉ ｓ ｈ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ｅ ｒ ａ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｉ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ
风洞模拟得 出的聚光 器各分 区体型 系数 ， 对其在 ８级风荷载和 ｌ ２级风荷载 下进行 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构风荷 的静 力学分析计 算， 得 到
了聚光器在各 高度角时的应力和 变形情况。 结果表明： 聚光器在 ９ Ｏ 。 高度 角即开 口朝上为最优 大风避难位置， 最不利工况 为６ ０ 。 高度 角位置 ， 聚光器在各 工况下均满足结构的强度要 求， 同时聚光器最外 圈的固镜 壳的应力和变形都较大， 实际工 作 中应 当对其都进行加 固处理 ， 以避免影响 系统的正常工作和大风破 坏。
第 ３期 ２ ０ １ ４年 ３月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ ５ ９
大型碟 式 光 热 太 阳能聚 光 器 结构 风荷 分析
何 轶 ， 彭佑 多 ， － ， 龙 东平 ， 颜 健
（ １ ． 湖南科技大学 机械设备健康维护省重点实验室 ， 湖南 湘潭 摘 ４ １ １ ２ ０ １ ； ２ ． 湖南科技大学 机电工程学院 ， 湖南 湘潭 ４ １ １ １ ０ １ ）
要： 以２ ５ ｋ Ｗ 碟式光热太阳能发 电系统聚光 器为研 究对 象， 在Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中建立 了精确 的有限元模 型， 应 用聚光器数值
碟式太阳能聚光器的研究现状及展望
０ 引 言
在 当今 高速发 展 的年代 ，随着 人 类 的无 限制 开采 ， 地球 上 的矿物 燃 料 已 濒 临枯 竭 ，环 境 污 染 也 越 来 越严 重 ，如 何 有 效 的 解 决 未 来 能 源 问 题 已 成 为 全 球 各 国 共 同面 临的 头等大 事 。
王 林 军 １，２， 罗彬 ～， 邓 煜 ～， 张 东。， 吕耀 平 ， 陈 艳 娟 。
（１．兰 州理工 大学 机 电工程学 院 ，兰州 市 ，７３００５０；２．兰州 Ｎｘ：３ｖ￣Ｎ 部能 源与 环境研 究 中心 ，兰州市 ，７３００５０）
摘 要 ：阐 述 槽 式 、塔 式 和碟 式 三种 太 阳能 热 发 电 系统 的基 本 工作 原 理 及 各 自优 缺 点 ，对 比得 出碟 式 太 阳 能 热 发 电 系 统 以其 发 电效 率 高 、占地 面 积 小 、布局 灵 活 等优 势 而 倍 受 人 们 青 睐 。碟 式 太 阳能 聚光 器 作 为 碟 式 热 发 电系 统 中 极 其 重 要 的 部 件 之 一 ，其 性 能 的优 劣 对 系 统 的发 电效 率 、稳 定 性 、成 本 等 影 响 很 大 。结 合 国 内外 碟 式 太 阳 能 聚 光 器 的 研 究 现 状 ，指 当前 碟 式 太 阳 能 聚 光 器研 究 中 存 在 的～ 些不 足 ，为 研 制 出一 种 聚 焦 比高 、成 本 低 、稳 定 性 强 的 碟 式 太 阳 能 聚 光 器 提 供 一 定 的 理 论 基 础 。 关 键 词 ：太 阳能 ；碟 式 聚 光 器 ；工 作 原 理 ；太 阳 能 热 发 电 系 统 中 图 分 类 号 ：ＴＭ６１５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：２０９５—５５５３（２０１６）１ ２—０ｌ３６—０６
碟式太阳能热发电系统聚光器空气动力载荷特性研究分析
碟式太阳能热发电系统聚光器空气动力载荷特性研究分析摘要随着社会的发展，能源和环境问题不断加剧，发展新能源技术是当今刻不容缓所需解决的紧迫问题。
太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的绿色能源，是未来新能源的主要发展对象之一。
碟式太阳能热发电技术以其高效、使用灵活等优点日益受到市场的青睐。
但外部气候条件对碟式太阳能热发电系统的安全性影响巨大，尤其是尺寸较大呈碟状的聚光器对外部气候条件最为敏感。
研究风对聚光器的扰动作用是聚光器可靠性设计中非常关键的一步。
如何探究聚光器在不同风荷载下的气动载荷特性，以及如何获得聚光器最佳避风姿势，保证碟式太阳能热发电系统安全运转是亟待解决的难题。
因此，研究碟式太阳能热发电系统聚光器的空气动力载荷特性是非常必要的。
为此，本论文以可再生能源电力技术项目―大功率碟式太阳能热发电系统聚光器的空气动力载荷分析与优化‖为依托，采用理论计算标准算法、数值仿真方法、空气动力载荷理论等相结合的方法对碟式太阳能热发电系统聚光器不同风速条件和不同方位角与高度角下的空气动力载荷特性进行相应研究，论文主要创新点和研究工作如下：(1)采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器流场进行了仿真解析，揭示了恒风速下碟式太阳能聚光器在不同方位角和高度角流场变化规律，为不同恒风速下碟式太阳能聚光器安全设计提供了理论依据。
(2)采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器气动载荷进行了仿真分析，揭示了不同恒风速下不同方位角和高度角时碟式太阳能聚光器受力和力矩的变化规律，为碟式太阳能聚光器的最佳避风姿势的确定提供参考依据。
(3)对碟式太阳能聚光器流体域进行渐变风条件设置，并对渐变风条件下聚光器方位角α=0°和高度角β=0°时流体域流速变化和碟式太阳能聚光器反射面压强变化进行了虚拟风洞仿真实验研究，获得了渐变风下聚光器流体域流速及其反射面压强、力以及力矩的变化规律，对碟式太阳能聚光器安全设计与稳定工作的姿势设计具有较重要的指导意义。
大型碟式太阳能聚光器网架结构拓扑优化设计
第 54 卷第 12 期2023 年 12 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.12Dec. 2023大型碟式太阳能聚光器网架结构拓扑优化设计魏克湘1，王婵1，左红艳1，马颖2，李玉强3(1. 湖南工程学院“风电运维与测试技术”湖南省工程实验室，湖南 湘潭，411104；2. 湘潭大学 机械工程与力学学院，湖南 湘潭，411105；3. 中南大学 能源科学与工程学院，湖南 长沙，410083)摘要：为提升碟式太阳能聚光器的性能，减小聚光器整体质量、减少加工成本，满足轻量化设计要求，以聚光器网架结构为分析对象，采取有限元理论和拓扑优化方法对传统碟式太阳能进行结构设计与改进，首先，建立完整的碟式太阳能有限元模型，导入HyperWorks 软件对聚光器及网架结构进行网格划分以及静力学分析和模态分析，由于碟式太阳能聚光器的体积及迎风面积较大，外部气候条件对其影响很大，必须考虑气动载荷等各项外部影响因素，故使用ANSYS Fluent 软件对其进行风洞试验仿真，获得作用在网架上的力和力矩，根据以上载荷条件对其进行优化处理获得其最佳拓扑构型。
最后，基于模糊灰色关联分析理论分析碟式太阳能网架结构各风载荷系数与高度角、方位角、风速等因素的关联影响程度。
研究结果表明：最终优化后的网架性能在各方面均有所提高，最大应力减小39.0%，最大位移减小5.6%，总质量减小8.0%。
关键词：碟式太阳能；网架结构；拓扑优化；数值风洞；有限元分析中图分类号：TH114 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）12-4968-12Research on topology optimization of dish solar concentratortruss structureWEI Kexiang 1, WANG Chan 1, ZUO Hongyan 1, MA Ying 2, LI Yuqiang 3(1. Hunan Province Engineering Laboratory of Wind Power Operation, Maintenance and Testing Technology,Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China;2. School of Mechanical Engineering and Mechanics, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China;3. School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha, 410083, China)Abstract: To improve the performance of the dish solar concentrator, reduce the overall mass of the concentrator,收稿日期： 2023 −06 −11； 修回日期： 2023 −08 −08基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52175135)；湖南省研究生科研创新计划项目(CX20221297) (Project(52175135) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(CX20221297) supported by the Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Hunan Province)通信作者：马颖，博士，讲师，从事太阳能利用、相变储能研究；E-mail ：******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.12.032引用格式： 魏克湘, 王婵, 左红艳, 等. 大型碟式太阳能聚光器网架结构拓扑优化设计[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(12): 4968−4979.Citation: WEI Kexiang, WANG Chan, ZUO Hongyan, et al. Research on topology optimization of dish solar concentrator truss structure[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(12): 4968−4979.第 12 期魏克湘，等：大型碟式太阳能聚光器网架结构拓扑优化设计reduce the processing cost, and meet the requirements of lightweight design, with the concentrator truss structure as the object of analysis, the finite element theory and topology optimization methods were adopted to improve the structural design of the traditional dish solar energy. First of all, the complete finite element model for dish solar energy was established, and then HyperWorks software was imported for mesh delineation, static analysis and modal analysis of the concentrator and the grid structure. Due to its large area and windward area of the dish solar concentrator is very sensitive to external climate conditions, and so it must take into account the aerodynamic load, including the external factors. ANSYS Fluent software was used for its wind tunnel test simulation, to obtain the force and moment acting on the grid, according to the above loading conditions of the best topology for its optimization process. Optimization was carried out to obtain the best topological configuration. Finally, based on the fuzzy gray correlation analysis theory, the wind load coefficients of the dish solar grid structure were analyzed in depth in terms of their correlation with the height angle, azimuth angle, wind speed and other factors. The results show that the performance of the final optimized grid frame is improved in all aspects, with the maximum stress reduced by 39%, the maximum displacement reduced by 5.6%, and the total mass reduced by 8%.Key words: dish solar energy; truss structure; topology optimization; numerical wind tunnel; finite element analysis近年来，随着能源消费的增长，对合适的可再生光热发电系统的需求不断增加。
碟式光伏发电聚光器玻璃镜快速调整装置研制
碟式 光 伏发 电 聚光 器 （ １采 用 多 块平 面反 射 镜并 陶 ） 通 过巧 妙 的结 构设 计 ， 射 光线 经各 块平 面 镜反 射 后 ， 入 均 功 能 。 而提 高单位 面 积太 阳能 电池 的发 电效 率 。 聚光 从 该 器 的外形 象 阳光 下 翩 翩起 舞 的 蝴蝶 ， 光倍 数 可 达到 ２ 聚 ～
ｄ ｖｃ ｆ ｈ ｏ ｄ ｎｅ ｒ ｒｗ ｉｈｃｎｂ ｓｄ ｔ ａｊｓ ｑ ｉｋｙｔｅｆ ｔ ｏ ｄ ｎ ｅ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｗ ａｈ ｒＩ ｉ ｅｉｅｏ ｅｃｎ ｅｓ ｒ ｒ 。 ｈｃ ａ ｅｕｅ ｏ ｄｕ ｔ ｕｃ ｌ ｈ ａ ｃ ｎ ｅ ｓｒｍ ｒ ｒ ｄ ｒａｌ ｅ ｔｅ．ｔ ｓ ｔ ｍｉｏ ｌ ｒ ｕ —
化尝试 ， 美 闫利 用 菲涅 尔透 镜 可 实现 ３ ７倍 的 聚光 ， 如 ～ 但 由于 透射 聚光 的 光强 均 匀性 较差 和 制造 难度 大 ，性 价 比
ｌ 倍 ， 面镜 的利 用率 ２ 平
高 达 ８ ％以上 ， 别适 ５ 特 合 于 各 种 规 模 光 伏 发 电系统 。同时经 过设计
ｔ ａｊｓ ． ｏ ｄｕｔ
Ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｉ － ｙ ｅｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ｐ ｏｏ ｏ ａｅ ｒｉ ＇ ； ｕｃ ｌ ａ ｉ ｓ ｎ ｅ ｉｅ ｅ ｒ ｓ ｄｓ ｔｐ ｏ ｄ ｎ ｅ ； ｈ ｔｖ ｈ ｉ； ｎ ｒ ｑ ｉｋｙ ｄｕ ｔ ｇ ｄ ｖｃ ｃ ｅ ｏ ｉ
由于 自动跟 踪 太 阳的 聚光 光伏 发 电 系统将 数倍 的 太 阳光 聚集 到太 阳 电池组 件 一 ｋ，使 产生 同样 电能所 需要 的 半 导体 材料 大 大减 少 ，相 当于 用普 通 材料 代替 昂贵 的半 导体 材料 ， 因此能 够大 幅度 降低 光伏 发 电成 本 。 过 聚光 通 提高 太 阳电 池组 件发 电 的效 益 ，国外 已经有 过 一些 工业
蝶式太阳能热发电系统的设计优化及器件创新
蝶式太阳能热发电系统的设计优化及器件创新太阳能是一种清洁、可再生的能源，而太阳能热发电系统则是将太阳能转化为电能的一种重要方式。
在热发电系统中，蝶式太阳能热发电系统是一种较为新颖且具有潜力的设计。
本文将探讨蝶式太阳能热发电系统的设计优化和器件创新，以提高其发电效率和经济性。
首先，设计优化是提高蝶式太阳能热发电系统性能的关键。
要实现系统的高效发电，需要考虑以下几个方面的优化。
首先，光热转换器的设计至关重要。
光热转换器是将太阳能转化为热能的关键组件，其设计直接影响到系统的能量收集效率。
在蝶式太阳能热发电系统中，光热转换器的设计需要考虑到高效的吸收太阳能的能力和低热损失的特点。
在选择材料时，可以考虑使用高吸收率和低反射率的材料，以最大程度地吸收太阳能。
另外，采用反射镜或凸透镜等光学器件来聚焦太阳能，也可以提高光热转换效率。
其次，传热系统的优化也是必不可少的。
传热系统是将光热转换器中产生的热能传递给工作介质的部分。
在蝶式太阳能热发电系统中，通过优化传热系统的设计，可以提高热能转化的效率。
一种常见的传热系统是采用流体循环的方式，通过在光热转换器周围建立流体循环的管道，将热能传递到热能发电装置中。
在设计中，可以考虑管道的长度、直径和材料等因素，以减小传热过程中的热损失，提高传热效率。
此外，热能发电装置的优化也是提高蝶式太阳能热发电系统性能的重要因素。
热能发电装置是将热能转化为电能的关键组件，其设计应考虑到高效的电能转化和设备稳定性。
在设计中，可以采用高效的热电子器件来转化热能为电能。
例如，热电偶、热电堆等热电子器件具有高效的热-电转换性能，可以应用于蝶式太阳能热发电系统中。
此外，优化热能发电装置的结构和材料也有助于提高其转化效率和稳定性。
除了设计优化外，器件创新也是推动蝶式太阳能热发电系统发展的重要因素。
在热发电系统中，蝶式太阳能热发电系统所使用的器件的性能和特性直接决定了整个系统的性能。
因此，通过进行器件创新，可以进一步提高系统的发电效率和经济性。