CN106960074B - 一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法 - Google Patents

Abstract

一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法，包括以下步骤：1)在仿真软件上根据碟面实际尺寸搭建碟面仿真模型；2)调整仿真模型中每块镜面的位置，使得碟面汇聚太阳辐射在接收平面内分布均匀；3)根据以上结果，单独提取每块镜面反射光斑图像；4)计算光斑的能量中心位置，将此位置坐标作为对应镜面的目标点；5)重复步骤3)到4)，计算出所有镜面对应的目标点；将所有目标点绘制在平面上，即得到了目标靶。本发明提供了一种效率较高、精度较高的碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法。

Description

一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法

技术领域

本技术属于太阳能中的聚光热发电领域，具体为碟式Stirling太阳能发电技术领域，尤其是一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法。

背景技术

由于传统能源的不断消耗及其有限性，可持续清洁能源日益受到社会的重视，其中关于太阳能变成其中最热的研究之一。碟式Stirling太阳能是目前光电转化效率最高的太阳能利用技术。它采用巨型的抛物碟面汇聚阳光，在其焦点附近形成高能量密度的光斑，即辐射源，进而推动处于此处的Stirling发动机与发电机运转，实现光能到电能的转化。在此过程中，高质量的光斑是保证设备安全高效运行的关键，所以在设备安装过程中需要对碟面进行调整。碟面的调整采用一个特殊的目标靶将组成镜面分别调整并固定在特定的位置上，使得其汇聚的光斑能量分布均匀，形状、大小与发动机上接收辐射的加热头一致。精确的目标靶直接决定了镜面调整的成败。

因碟面的组成结构，高精度的目标靶设计存在一定难度。为了方便碟面的安装与保证系统的稳定运行，抛物型聚光碟面一般存在缺口，并且碟面由多块镜面组成，单块镜面以三角支撑的机构固定在支架上。所以，目标靶的设计不仅仅要考虑被汇聚的光斑上缺口的补偿，还要考虑由其镜面支撑结构造成的光斑特殊运动形式。被设计出来的目标靶既要保证碟面汇聚光斑的能量分布均匀性，又要兼顾光斑的形状与大小。

目前，在碟式Stirling太阳能技术领域，碟面的安装必须经过调整这一环节。碟面调整的好坏直接决定了其能否用于发电。目标靶是很多碟面调整方法中必不可少的部分，高质量的目标靶设计是碟面调整的基础。

发明内容

为了克服已有碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方式的效率较低、精度较低的不足,本发明提供了一种效率较高、精度较高的碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法，包括以下步骤：

1)在仿真软件上根据碟面实际尺寸搭建碟面仿真模型；

2)调整仿真模型中每块镜面的位置，使得碟面汇聚太阳辐射在接收平面内分布均匀；

3)根据以上结果，单独提取每块镜面反射光斑图像；

4)计算光斑的能量中心位置，将此位置坐标作为对应镜面的目标点；

5)重复步骤3)到4)，计算出所有镜面对应的目标点；

6)将所有目标点绘制在平面上，即得到了目标靶。

进一步，所述步骤2)中，将每块镜面反射光斑的参考点沿目标圆均匀分布，参考点取理想情况下镜面反射光斑的外侧中心点，其中，理想情况指镜面是理想的，不包含任何镜面误差，并且经碟面反射的太阳光线不考虑任何太阳形辐射分布和光线误差；平行于碟面光轴的光线经镜面反射后，在目标靶平面上呈现出和碟面形状相似的分布；参考圆为参考点所在的圆，目标圆为与参考圆同心的圆，在目标圆上按照镜面数量的平分点，为对应参考点的目标点。

再进一步，所述步骤2)中，设A点为某镜面的参考点，其极坐标为(R_A，β)；以缺口上第一块镜面为镜面1，沿顺时针方向A为第m块镜面参考点，B点为A点对应的目标点，将通过以下过程计算B点坐标：

首先计算平均分布各个目标考点在极坐标中角度差为

A点为缺口上方第m块镜面的参考点，其对应目标点B点极坐标角度值为：

i＝π-(m-0.5)×γ

所以B点的极坐标为(R_B，i)；

碟面上缺口夹角为θ，单块镜面的角度为α，故点A的极坐标角度值为

则在仿真调节中，单块镜面沿X轴方向调整量L_x和沿Y轴方向调整量L_y分别为：

L_x＝R_B×cos(i)-R_A×os：(β)

L_y＝R_B×sin(i)-R_A×in：(β)

将以上得到的两个调整量输入到仿真软件中，然后调整Z轴大小，使得碟面汇聚的太阳辐射在仿真的情况下分布均匀，且能量分布区域大小与Stirling发动机加热头一致。

本发明提出一套碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法，可以有效的克服目标靶设计中的难题，高质量地实现碟面目标靶的设计。

本发明的有益效果主要表现在：有效地克服了目标靶设计的难点，实现了高效率的目标靶设计，并且目标靶精度高。

附图说明

图1是碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法，包括以下步骤：

1)在仿真软件上根据碟面实际尺寸搭建碟面仿真模型；

2)调整仿真模型中每块镜面的位置，使得碟面汇聚太阳辐射在接收平面内分布均匀；

3)根据以上结果，单独提取每块镜面反射光斑图像；

4)计算光斑的能量中心位置，将此位置坐标作为对应镜面的目标点；

5)重复步骤3)到4)，计算出所有镜面对应的目标点；

6)将所有目标点绘制在平面上，即得到了目标靶。

进一步，所述步骤2)中，将每块镜面反射光斑的参考点沿目标圆均匀分布，参考点取理想情况下镜面反射光斑的外侧中心点，其中理想情况指镜面是理想的，不包含任何镜面误差，并且经碟面反射的太阳光线不考虑任何太阳形辐射分布和光线误差(opticalerrors)。这样，平行于碟面光轴的光线经镜面反射后，在目标靶平面上呈现出和碟面形状相似的分布；参考圆为参考点所在的圆，目标圆为与参考圆同心的圆，在目标圆上按照镜面数量的平分点，为对应参考点的目标点；

设A点为某镜面的参考点，其极坐标为(R_A，β)；以缺口上第一块镜面为镜面1，沿顺时针方向A为第m块镜面参考点，B点为A点对应的目标点，将通过以下过程计算B点坐标：

首先计算平均分布各个目标考点在极坐标中角度差为

A点为缺口上方第m块镜面的参考点，其对应目标点B点极坐标角度值为：

i＝π-(m-0.5)×γ所以B点的极坐标为(R_B，i)；

碟面上缺口夹角为θ，单块镜面的角度为α，故点A的极坐标角度值为

则在仿真调节中，单块镜面沿X轴方向调整量L_x和沿Y轴方向调整量L_y分别为：

L_x＝R_B×cos(i)-R_A×os：(β)

L_y＝R_B×sin(i)-R_A×in：(β)

将以上得到的两个调整量输入到仿真软件中，然后调整Z轴大小，使得碟面汇聚的太阳辐射在仿真的情况下分布均匀，且能量分布区域大小与Stirling发动机加热头一致。

所述步骤6)中，所有以上得到的目标点被绘制在同平面内，而该平面可作为镜面调整中的目标靶。目标靶的材料没有限制，可以为能够黏贴的纸张，也可为其他材料或者平台。

本发明提出一套碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法，可以有效的克服目标靶设计中的难题，高质量地实现碟面目标靶的设计。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种碟式Stirling太阳能碟面反射目标靶设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在仿真软件上根据碟面实际尺寸搭建碟面仿真模型；

2)调整仿真模型中每块镜面的位置，使得碟面汇聚太阳辐射在接收平面内分布均匀；

3)根据以上结果，单独提取每块镜面反射光斑图像；

4)计算光斑的能量中心位置，将此位置坐标作为对应镜面的目标点；

5)重复步骤3)到4)，计算出所有镜面对应的目标点；

6)将所有目标点绘制在平面上，即得到了目标靶；

所述步骤2)中，将每块镜面反射光斑的参考点沿目标圆均匀分布，参考点取理想情况下镜面反射光斑的外侧中心点，其中，理想情况指镜面是理想的，不包含任何镜面误差，并且经碟面反射的太阳光线不考虑任何太阳形辐射分布和光线误差；平行于碟面光轴的光线经镜面反射后，在目标靶平面上呈现出和碟面形状相似的分布；参考圆为参考点所在的圆，目标圆为与参考圆同心的圆，在目标圆上按照镜面数量的平分点，为对应参考点的目标点；

所述步骤2)中，以缺口上第一块镜面为镜面1，沿顺时针方向A为第m块镜面参考点，其极坐标为(R_A，β)，B点为A点对应的目标点，将通过以下过程计算B点坐标：

首先计算平均分布各个目标考点在极坐标中角度差为

A点为缺口上方第m块镜面的参考点，其对应目标点B点极坐标角度值为：

i＝π-(m-0.5)×γ

所以B点的极坐标为(R_B，i)；

碟面上缺口夹角为θ，单块镜面的角度为α，故点A的极坐标角度值为

则在仿真调节中，单块镜面沿X轴方向调整量L_x和沿Y轴方向调整量L_y分别为：

L_x＝R_B×cos(i)-R_A×os：(β)

L_y＝R_B×sin(i)-R_A×in：(β)

将以上得到的两个调整量输入到仿真软件中，然后调整Z轴大小，使得碟面汇聚的太阳辐射在仿真的情况下分布均匀，且能量分布区域大小与Stirling发动机加热头大小一致。

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