一种测量与优化吸热器截断效率的系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种测量与优化吸热器截断效率的系统与方法，其中系统包括：定日镜镜场、吸热器、上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板、DNI测量仪、数据采集服务器和计算机控制端，数据采集服务器用来采集所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板上收集到的能量数据以及DNI测量仪测量的太能直接辐射能量；计算机控制端用于根据数据采集服务器获取的数据对吸热器截断效率进行计算，并对吸热器指向点进行优化，进而对镜场中定日镜的追日运动进行控制。解决了现有技术中由于溢出吸热器的能量无可直接测量的手段，光斑溢出情况无法准确获知，因此，对于吸热器指向点的优化只停留在理论仿真层面，其真实优化效果并不理想的技术问题。

A System and Method for Measuring and Optimizing the Truncation Efficiency of Heat Absorber

The present invention relates to a system and method for measuring and optimizing the truncation efficiency of heat absorber. The system comprises a heliostat mirror field, a heat absorber, an upper protective photovoltaic panel, a lower protective photovoltaic panel, an overflow spot collection photovoltaic panel, a DNI measuring instrument, a data acquisition server and a computer control terminal. The data acquisition server is used to collect the upper protective photovoltaic panel, a lower protective photovoltaic panel and an overflow. The facula collects the energy data collected on the photovoltaic panel and the direct radiation energy measured by DNI. The computer control terminal is used to calculate the truncation efficiency of the absorber according to the data obtained by the data acquisition server, optimize the point of the absorber, and then control the sunpursuit motion of the heliostat in the mirror field. In the existing technology, because the energy of the overflow heat absorber can not be measured directly, the spot overflow can not be accurately known. Therefore, the optimization of the pointing point of the heat absorber only stays at the level of theoretical simulation, and its real optimization effect is not ideal.

【技术实现步骤摘要】
一种测量与优化吸热器截断效率的系统与方法
本专利技术涉及塔式太阳能热发电领域，特别涉及一种测量与优化吸热器截断效率的系统与方法。
技术介绍
在经济不断发展的同时，能源日趋短缺，传统的不可再生能源日益枯竭，经济发展越来越受制于能源的开发利用，可再生能源的利用受到普遍关注，特别是太阳能利用更受世人的重视。太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为(1)塔式太阳能热发电；(2)槽式太阳能热发电；(3)碟式太阳能热发电。在太阳能热发电领域，塔式太阳能热发电因具有高光热转换效率，高聚焦温度，控制系统安装调试简单，散热损失少等优势，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。在塔式太阳能热发电领域，如图1所示，定日镜将太阳光反射到吸热塔塔顶的吸热器上，对吸热工质进行加热，从而将光能转化为热能，进而驱动汽轮机发电。在定日镜将反射光斑投射到吸热器表面的过程中，不可避免的存在一部分能量会溢出吸热器表面而投射到吸热器上、下防护板上以及吸热器周边的空气中，导致能量溢出的因素很多，主要包括：吸热器面积不足以容纳全部光斑、随着镜塔距离增大，定日镜反射光斑面积过大、定日镜投射到吸热器表面的指向点设计不合理等，在这些因素中，吸热器面积的大小是通过镜场规模以及考虑散热后综合优化后确定的，不可能做到无限大来匹配光斑尺寸；定日镜反射光斑面积由镜面的汇聚形式以及镜塔距离决定，在镜场确定后也不再具备可优化的空间；而定日镜投射到吸热器上的指向点则可根据光斑汇聚情况进行优化配置，而当前由于溢出吸热器的能量无可直接测量的手段，光斑溢出情况无法准确获知，对于定日镜投射到吸热器上指向点的优化也只停留在理论仿真层面，其真实优化效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量与优化吸热器截断效率的系统与方法，以解决现有技术中由于溢出吸热器的能量无可直接测量的手段，光斑溢出情况无法准确获知，因此，对于吸热器指向点的优化只停留在理论仿真层面，其真实优化效果并不理想的技术问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种测量与优化吸热器截断效率的系统，包括：定日镜镜场，用于反射太能辐射能到吸热器表面；吸热器，用于吸收定日镜反射来的太能辐射能，加热其内部介质；上防护光伏板，设置在所述吸热器的上面，用于接收溢出至所述吸热器上面的太能辐射能；下防护光伏板，设置在所述吸热器的下面，用于接收溢出至所述吸热器下面的太能辐射能；溢出光斑收集光伏板，设置在所述吸热器的侧面，用于接收溢出至所述吸热器周边空气中的太阳辐射能；DNI测量仪，设置在所述镜场中，用于测量镜场中太能直接辐射量；数据采集服务器，分别与所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板和DNI测量仪电连接，用来采集所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板上收集到的能量数据，以及采集DNI测量仪测量的太能直接辐射能量；计算机控制端，与所述数据采集服务器电连接，用于根据所述数据采集服务器获取的数据对吸热器截断效率进行计算，并对吸热器指向点进行优化，进而对镜场中定日镜的追日运动进行控制。较佳的，所述镜场中包括1个或多个DNI测量仪，当设置多个DNI测量仪时，多个所述DNI测量仪分别布置在镜场中的不同区域。较佳的，所述溢出光斑收集光伏板的数量不少于3个，若干所述溢出光斑收集光伏板均布在所述吸热器的周围。较佳的，所述吸热器的正南、正北、正东、正西方向分别设置一所述溢出光斑收集光伏板。较佳的，所述上防护光伏板、下防护光伏板和溢出光斑收集光伏板分别由多个小块光伏板拼接而成。较佳的，所述上防护光伏板、下防护光伏板和溢出光斑收集光伏板的多个小块光伏板的尺寸按照距离吸热器中心由近到远的顺序由小变大。较佳的，所述上防护光伏板、下防护光伏板和溢出光斑收集光伏板的多个小块光伏板的耐温性按照距离吸热器中心由近到远的顺序逐渐由高变低。本专利技术还提供了一种测量与优化吸热器截断效率的方法，包括以下几个步骤：步骤一，计算机控制端根据预先的仿真结果设计吸热器指向点并控制定日镜将反射光斑投射到吸热器表面；步骤二，吸热器的上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板分别收集溢出吸热器表面的太阳辐射能，并将收集到的能量数据发送给数据采集服务器；DNI测量仪采集镜场中的太阳直接辐射能量值，并发送给数据采集服务器；步骤三，计算机控制端根据数据采集服务器采集到的数据计算镜场投射总能量；步骤四，计算机控制端根据数据采集服务器采集的上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板上收集到的能量数据分析计算溢出吸热器总能量以及能量分布情况；步骤五，计算机控制端根据镜场投射总能量、溢出吸热器总能量计算出吸热器的截断效率，投射到吸热器上的能量值与镜场投射总能量之比即为吸热器的截断效率，镜场投射总能量与溢出吸热器总能量之差即为投射到吸热器上的能量值；步骤六，计算机控制端将吸热器截断效率计算结果与设计值进行比较，若小于设计值，则进入吸热器指向点优化模块。较佳的，在步骤三中，镜场投射总能量为EField，EField＝DNI*Amirror*Nmirror*ηt*ηcos*ηs*ηb*ηc*ηr，其中，DNI为镜场太阳直接辐射能量，Amirror为单个定日镜面积，Nmirrorr为镜场中投入运行的定日镜数量，ηt为镜场大气传输效率，ηcos为镜场余弦效率，ηs为镜场阴影效率，ηb为镜场遮挡效率，ηc为镜场清洁度，ηr为定日镜反射率。较佳的，在步骤五中，吸热器的截断效率为其中，EField为镜场投射总能量，EOverflow为溢出吸热器总能量。较佳的，还包括步骤七，在吸热器指向点优化模块中，根据溢出光斑的能量分布和位置分布情况，分析引起光斑溢出的主要因素，并进而对吸热器指向点进行优化。较佳的，还包括：步骤八，计算机控制端将吸热器指向点的优化结果转化为对镜场中定日镜的控制指令，控制定日镜按照优化后的投射方式将反射光投射到吸热器表面；步骤九，重复执行步骤二～步骤八，持续不断对吸热器截断效率进行测量和对吸热器指向点进行优化。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：本专利技术提供一种测量与优化吸热器截断效率的系统与方法，本吸热器截断效率测量系统由定日镜镜场、吸热器、上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板、DNI(太阳直接辐射)测量仪、计算机控制端、数据采集服务器构成，在聚光集热系统运行过程中，吸热器上上的上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板对溢出到吸热器以外的太阳辐射能量进行收集并实时发送给数据采集服务器实时计算溢出能量总值；通过计算机控制端可实时获取镜场反射面积，通过数据采集服务器可获取实时DNI数据，进而可计算出镜场投射总能量，通过镜场投射总能量、溢出吸热器总能量可进一步计算出投射到吸热器上的能量值，投射到吸热器上的能量值与镜场投射总能量之比即为吸热器的截断效率。进一步的，通过对溢出到上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板上的光斑能量分布和能量值的分析，可找到引起光斑溢出的主要因素，根据该因素对吸热器指向点进行优化调整，并在后续的实时测量中实时反馈优化效果，通过本吸热器截断效率测量系统不断迭代运行优化，最终达到持续优化吸热器截断效率的目的。该吸热器截断效率测量系统及截断效率优化方法不仅实现了吸热器截断效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，包括：定日镜镜场，用于反射太能辐射能到吸热器表面；吸热器，用于吸收定日镜反射来的太能辐射能，加热其内部介质；上防护光伏板，设置在所述吸热器的上面，用于接收溢出至所述吸热器上面的太能辐射能；下防护光伏板，设置在所述吸热器的下面，用于接收溢出至所述吸热器下面的太能辐射能；溢出光斑收集光伏板，设置在所述吸热器的侧面，用于接收溢出至所述吸热器周边空气中的太阳辐射能；DNI测量仪，设置在所述镜场中，用于测量镜场中太能直接辐射量；数据采集服务器，分别与所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板和DNI测量仪电连接，用来采集所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板上收集到的能量数据，以及采集DNI测量仪测量的太能直接辐射能量；计算机控制端，与所述数据采集服务器电连接，用于根据所述数据采集服务器获取的数据对吸热器截断效率进行计算，并对吸热器指向点进行优化，进而对镜场中定日镜的追日运动进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，包括：定日镜镜场，用于反射太能辐射能到吸热器表面；吸热器，用于吸收定日镜反射来的太能辐射能，加热其内部介质；上防护光伏板，设置在所述吸热器的上面，用于接收溢出至所述吸热器上面的太能辐射能；下防护光伏板，设置在所述吸热器的下面，用于接收溢出至所述吸热器下面的太能辐射能；溢出光斑收集光伏板，设置在所述吸热器的侧面，用于接收溢出至所述吸热器周边空气中的太阳辐射能；DNI测量仪，设置在所述镜场中，用于测量镜场中太能直接辐射量；数据采集服务器，分别与所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板和DNI测量仪电连接，用来采集所述上防护光伏板、下防护光伏板、溢出光斑收集光伏板上收集到的能量数据，以及采集DNI测量仪测量的太能直接辐射能量；计算机控制端，与所述数据采集服务器电连接，用于根据所述数据采集服务器获取的数据对吸热器截断效率进行计算，并对吸热器指向点进行优化，进而对镜场中定日镜的追日运动进行控制。2.如权利要求1所述的一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，所述镜场中包括1个或多个DNI测量仪，当设置多个DNI测量仪时，多个所述DNI测量仪分别布置在镜场中的不同区域。3.如权利要求1所述的一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，所述溢出光斑收集光伏板的数量不少于3个，若干所述溢出光斑收集光伏板均布在所述吸热器的周围。4.如权利要求3所述的一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，所述吸热器的正南、正北、正东、正西方向分别设置一所述溢出光斑收集光伏板。5.如权利要求1所述的一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，所述上防护光伏板、下防护光伏板和溢出光斑收集光伏板分别由多个小块光伏板拼接而成。6.如权利要求5所述的一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，所述上防护光伏板、下防护光伏板和溢出光斑收集光伏板的多个小块光伏板的尺寸按照距离吸热器中心由近到远的顺序由小变大。7.如权利要求5所述的一种测量与优化吸热器截断效率的系统，其特征在于，所述上防护光伏板、下防护光伏板和溢出光斑收集光伏板的多个小块光伏板的耐温性按照距离吸热器中心由近到远的顺序逐渐由高变低。8.一种测量与优化吸热器截断效率的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一，计算机控制端根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志娟，宓霄凌，杨都堂，韩梦天，薛刚强，周慧，
申请(专利权)人：浙江中控太阳能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33