CN105406798B - 一种碟式太阳能发电站及其布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碟式太阳能发电站，包括在南北方向上设置的第一列聚光碟，任意相邻的两个第一列所述聚光碟之间的中心间距大于或等于L₁；其中，L₁＝h₁/tanθ₁，h₁＝H+D/2×cosθ₁；其中，θ₁为全年正午时刻最小高度角值，H为所述聚光碟的立柱高度，D为所述聚光碟的开口直径，h₁为所述聚光碟的阴影实际高度，L₁为所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度。本发明还公开了一种碟式太阳能发电站的布局方法。上述碟式太阳能发电站，能够加快碟式太阳能光热发电电站的设计进程、节省土地面积、提高土地利用率、提高综合效益。

Description

一种碟式太阳能发电站及其布局方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种碟式太阳能发电站。此外，本发明还涉及一种碟式太阳能发电站的布局方法。

背景技术

太阳能热发电的利用具有越来越重要的社会和经济意义。太阳能热发电包括三种方式：塔式太阳能、槽式太阳能和碟式太阳能，其中碟式太阳能有很高的利用系数和光热转化效率，模块化部署能力较强，因而受到广泛的关注和重视。

碟式太阳能光热发电站是由很多单台聚光碟发电系统组成的，每个单碟系统都是独立运行的，它们按照控制程序跟踪太阳，聚集太阳热能，使发电机组输出电能。由于聚光碟的高度、曲面开口直径很大(直径至少8m以上)，其产生的投影面积和区域也会很大。那么，多台聚光碟的排列布局的好坏将会影响整个电站的运行。

碟式太阳能光热发电在国内外尚处于科研、示范阶段，目前还没有大规模商业化运行的先例。因此，还没有一种系统的、简洁有效的关于碟式太阳能光热发电站优化布局的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种碟式太阳能发电站，该碟式太阳能发电站可以解决布局不合理的问题。本发明的另一目的是提供一种碟式太阳能发电站的布局方法。

为实现上述目的，本发明提供一种碟式太阳能发电站，包括在南北方向上设置的第一列聚光碟，任意相邻的两个第一列所述聚光碟之间的中心间距大于或等于L₁；其中，L₁＝h₁/tanθ₁，h₁＝H+D/2×cosθ₁；

其中，θ₁为全年正午时刻最小高度角值，H为所述聚光碟的立柱高度，D为所述聚光碟的开口直径，h₁为所述聚光碟的阴影实际高度，L₁为所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度。

相对于上述背景技术，本发明设置的碟式太阳能发电站，利用全年正午时刻最小高度角值θ₁，聚光碟的立柱高度H，聚光碟的开口直径D以及聚光碟的阴影实际高度h₁计算得出聚光碟的全年正午时刻最大投影长度L₁，从而将任意两个相邻的第一列聚光碟之间的间歇设置为大于等于L₁；这样一来，能够加快碟式太阳能光热发电电站的设计进程、节省土地面积、提高土地利用率、提高综合效益。

优选地，还包括在南北方向上设置的第二列聚光碟，全部第二列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第一列所述聚光碟的阴影边界的交点处；第一列所述聚光碟的阴影边界是指所述聚光碟的全年最大投影的变化区域，并且第一列所述聚光碟的全年最大投影的变化区域根据第一列所述聚光碟的L₁、L₂以及太阳方位角变化区域ξ计算得出；

其中，L₂＝h₂/tanθ₂，h₂＝H+D/2×cosθ₂；θ₂是指当太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值。

优选地，还包括在南北方向上设置的第N列聚光碟；N≥3；第N列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第N-1列的所述聚光碟的阴影边界的交点处。

优选地，全部所述聚光碟的大小尺寸均一致。

本发明还提供一种碟式太阳能发电站的布局方法，包括如下步骤：

获取聚光碟的立柱高度H以及开口直径D；获取全年正午时刻最小高度角值θ₁；

根据公式L₁＝h₁/tanθ₁以及h₁＝H+D/2×cosθ₁计算所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度L₁；

将所述聚光碟沿南北方向设置为第一列，并且任意相邻的两个所述聚光碟之间的中心间距设置为大于或等于L₁。

优选地，还包括如下步骤：

根据年均太阳直接辐射强度计算所述太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值θ₂；

根据所述θ₂、L₂＝h₂/tanθ₂以及h₂＝H+D/2×cosθ₂计算得到L₂值；

根据所述L₁、所述L₂以及太阳方位角变化区域ξ计算得出第一列中全部所述聚光碟的全年最大投影的变化区域；

沿南北方向设置第S列聚光碟；S≥2；第S列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第S-1列所述聚光碟的阴影边界的交点处，第S-1列所述聚光碟的阴影边界是指所述聚光碟的全年最大投影的变化区域。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的碟式太阳能发电站中单台聚光碟在全年正午时刻的最大投影区域图；

图2为图1中的聚光碟在θ₂的角度下所对应的全年太阳方位角变化区域ξ；

图3为图1中的单台聚光碟的全年最大投影的变化区域；

图4为本发明实施例所提供的第一列聚光碟的布局图；

图5为本发明实施例所提供的第一列聚光碟以及第二列聚光碟的布局图；

图6为本发明实施例所提供的碟式太阳能发电站的布局方法。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种碟式太阳能发电站，该碟式太阳能发电站的布局合理、节省土地面积、提高土地的利用率；本发明的另一核心是提供一种碟式太阳能发电站的布局方法。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图6，图1为本发明实施例所提供的碟式太阳能发电站中单台聚光碟在全年正午时刻的最大投影区域图；图2为图1中的聚光碟在θ₂的角度下所对应的全年太阳方位角变化区域ξ；图3为图1中的单台聚光碟的全年最大投影的变化区域；图4为本发明实施例所提供的第一列聚光碟的布局图；图5为本发明实施例所提供的第一列聚光碟以及第二列聚光碟的布局图；图6为本发明实施例所提供的碟式太阳能发电站的布局方法。

本发明提供的一种碟式太阳能发电站，包括在南北方向上设置的第一列聚光碟，任意相邻的两个第一列所述聚光碟之间的中心间距大于或等于L₁；其中，L₁＝h₁/tanθ₁，h₁＝H+D/2×cosθ₁；

其中，θ₁为全年正午时刻最小高度角值，H为所述聚光碟的立柱高度，D为所述聚光碟的开口直径，h₁为所述聚光碟的阴影实际高度，L₁为所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度。

具体来说，我们能够已知聚光碟的尺寸信息，包括聚光碟的立柱高度H、聚光碟的开口直径D；此外，还需要测量碟式太阳能发电站所在地的地理信息，包括测量当地经、纬度，地表坡度；

我们知道，每天正午时刻，太阳高度角最大，聚光碟的投影长度及面积最小。一年中，总有一天相比其他天数中的正午时刻太阳高度角是最小的，则聚光碟的投影长度及面积最大。我们将其称之为全年正午时刻最小高度角，其投影称之为全年正午时刻最大投影。例如，我们将聚光碟安装在在北回归线以北某地，其纬度为北纬38°，则在冬至日前后，全年正午时刻太阳高度角最小，聚光碟全年正午时刻的投影最大。

因此，根据经纬度信息，可以计算出当地全年正午时刻最小高度角值θ₁；根据θ₁，可算出聚光碟的阴影实际高度：即

h₁＝H+D/2×cosθ₁；

再根据h₁和θ₁的值，可算出聚光碟的全年正午时刻最大投影长度：

L₁＝h₁/tanθ₁；

如说明书附图1所示，图1为本发明实施例所提供的碟式太阳能发电站中单台聚光碟在全年正午时刻的最大投影区域图。

也就是说，将任意相邻的两个第一列聚光碟之间的中心间距设置为大于或等于L₁，这样一来，能够加快碟式太阳能光热发电电站的设计进程、节省土地面积、提高土地利用率、提高综合效益。即，使得碟式太阳能发电站的聚光碟在最大程度吸收太阳光的前提下，还能够节省土地面积，提高太阳能发电站的建设成本。

上述针对第一列聚光碟的设置方式给出了具体实施例，下面对于第二列聚光碟的设置方式进行进一步介绍。

本文优选采用下述方式对第二列聚光碟进行设置；第二列聚光碟同样在南北方向上设置，全部第二列聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第一列聚光碟的阴影边界的交点处；第一列所述聚光碟的阴影边界是指所述聚光碟的全年最大投影的变化区域，并且第一列所述聚光碟的全年最大投影的变化区域根据第一列所述聚光碟的L₁、L₂以及太阳方位角变化区域ξ计算得出；

其中，L₂＝h₂/tanθ₂，h₂＝H+D/2×cosθ₂；θ₂是指当太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值。

我们知道，相对于地球表面一点，每天太阳有规律的东升西落，全年中太阳东升西落的运动轨迹也是一个规律变化的轨迹。例如，在北纬38°某地，全年太阳东升西落的轨迹大致是这样的：夏至日，太阳东升西落的运动轨迹方位范围最大，东偏北30°日出，西偏北30°日落；冬至日，太阳运动轨迹方位范围最小，东偏南30°日出，西偏南30°日落。

对于碟式太阳能光热发电系统，尤其对于斯特林发电系统，集热腔的温度大于设定阀值时，碟式太阳能光热发电系统才能正常工作。集热腔温度取决于太阳直接辐射强度(DNI)，即当一天当中，日出后，当DNI均值大于阀值时，碟式太阳能光热发电系统才能正常工作，聚光碟才有开始跟踪太阳的必要；同样的，日落前，当DNI均值小于阀值时，聚光碟就无继续跟踪工作的必要了。

根据当地气象参数，可以知道当地年均DNI值，进而可以估算出DNI达到阀值时的太阳高度角均值θ₂，即，θ₂是指当太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值；从而可以确定当地碟式太阳能光热发电站每天的工作起、停时间点；即当太阳高度角大于等于θ₂时，聚光碟开始跟踪，当太阳高度角小于θ₂时，聚光碟停止跟踪。

上述θ₂在太阳全年运动轨迹中，每天都有两个对应的方位角度Φ，全年中变化的Φ组成了θ₂在全年太阳运动轨迹中对应的太阳方位角变化区域ξ。如说明书附图2所示，图2为图1中的聚光碟在θ₂的角度下所对应的全年太阳方位角变化区域ξ。

根据θ₂，可算出聚光碟的h₂高度，即，

h₂＝H+D/2×cosθ₂；

再根据θ₂和h₂，可算出在θ₂时，聚光碟的投影长度L₂，即，

L₂＝h₂/tanθ₂；

根据L1、L2和ξ的值，可算出聚光碟全年最大阴影变化区域，如说明书附图3所示，图3为图1中的单台聚光碟的全年最大投影的变化区域。

通过上述说明书附图可以看出，L₂为附图2和附图3中的半径，而L₁决定了附图3中朝向北方的凹点位置；当然，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，根据L1、L2和ξ的值可以得到单台聚光碟的全年最大投影的变化区域。

通过以上步骤，计算出单台聚光碟的全年最大投影变化区域。下一步进行多碟布局，多碟布局的基本原则为：聚光碟相互布置在其最大投影变化区域的边界上。先进行南北方向第一列的布局，两台聚光碟的最小间距为L₁，依次布置第一列其他聚光碟。

接着进行第二列的布局；即，将第二列聚光碟设置在两台聚光碟全年最大投影变化区域的交点处，且在两台聚光碟中心连线的中垂线上。如说明书附图5所示，图5为本发明实施例所提供的第一列聚光碟以及第二列聚光碟的布局图。

与上述类似地，在南北方向上设置第N列聚光碟；N≥3；第N列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第(N-1)列的所述聚光碟的阴影边界的交点处。此外，本文优选将全部聚光碟的大小尺寸均一致。

采用上述设置方式，在知晓聚光碟的尺寸以及当地太阳日照等前提下，能够快速对碟式太阳能光热发电电站的进行布置，并且采用上述方式能够节省土地面积、提高土地利用率、提高综合效益。

除此之外，本发明还提供一种碟式太阳能发电站的布局方法，包括如下步骤：

步骤101)；获取聚光碟的立柱高度H以及开口直径D；获取全年正午时刻最小高度角值θ₁；

步骤102)；根据公式L₁＝h₁/tanθ₁以及h₁＝H+D/2×cosθ₁计算所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度L₁；

步骤103)；将所述聚光碟沿南北方向设置为第一列，并且任意相邻的两个所述聚光碟之间的中心间距设置为大于或等于L₁。

首先，在步骤101)中，获取得到聚光碟的立柱高度H以及开口直径D，并且根据聚光碟所在的地理位置，得到全年正午时刻最小高度角值θ₁。

其次，在步骤102)中，根据步骤101)中得到的聚光碟的立柱高度H、开口直径D以及全年正午时刻最小高度角值θ₁进行计算，通过公式L₁＝h₁/tanθ₁以及h₁＝H+D/2×cosθ₁得到聚光碟的全年正午时刻最大投影长度L₁。

最后，在步骤103)中，聚光碟沿南北方向设置为第一列，并且任意相邻的两个所述聚光碟之间的中心间距设置为大于或等于L₁。

采用上述布局方法，使得碟式太阳能发电站的聚光碟在最大程度吸收太阳光的前提下，还能够节省土地面积，提高太阳能发电站的建设成本。

此外，为了对第S(S≥2)列聚光碟进行布局，本文采用如下步骤；

根据年均太阳直接辐射强度计算所述太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值θ₂；

根据所述θ₂、L₂＝h₂/tanθ₂以及h₂＝H+D/2×cosθ₂计算得到L₂值；

根据所述L₁、所述L₂以及太阳方位角变化区域ξ计算得出第一列中全部所述聚光碟的全年最大投影的变化区域；

沿南北方向设置第S列聚光碟；S≥2；第S列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第(S-1)列所述聚光碟的阴影边界的交点处，第(S-1)列所述聚光碟的阴影边界是指所述聚光碟的全年最大投影的变化区域。

通过上述对碟式太阳能发电站的描述可知，根据L1、L2和ξ的值，可算出聚光碟全年最大阴影变化区域，如说明书附图3所示，图3为图1中的单台聚光碟的全年最大投影的变化区域。

通过上述说明书附图可以看出，L₂为附图2和附图3中的半径，而L₁决定了附图3中朝向北方的凹点位置；当然，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，根据L1、L2和ξ的值可以得到单台聚光碟的全年最大投影的变化区域。从而根据第1列聚光碟的位置关系，得到第S列聚光碟(S≥2)的位置。

当然，通过上述方式布局完成后，还可以根据当地的具体地形进行调整，从而实现碟式太阳能发电站的运行正常以及布局合理。

以上对本发明所提供的碟式太阳能发电站及其布局方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种碟式太阳能发电站，其特征在于，包括在南北方向上设置的第一列聚光碟，任意相邻的两个第一列所述聚光碟之间的中心间距大于或等于L₁；其中，L₁＝h₁/tanθ₁，h₁＝H+D/2×cosθ₁；

其中，θ₁为全年正午时刻最小高度角值，H为所述聚光碟的立柱高度，D为所述聚光碟的开口直径，h₁为所述聚光碟的阴影实际高度，L₁为所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度。

2.根据权利要求1所述的碟式太阳能发电站，其特征在于，还包括在南北方向上设置的第二列聚光碟，全部第二列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第一列所述聚光碟的阴影边界的交点处；第一列所述聚光碟的阴影边界是指所述聚光碟的全年最大投影的变化区域，并且第一列所述聚光碟的全年最大投影的变化区域根据第一列所述聚光碟的L₁、L₂以及太阳方位角变化区域ξ计算得出；

其中，L₂＝h₂/tanθ₂，h₂＝H+D/2×cosθ₂；θ₂是指当太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值。

3.根据权利要求2所述的碟式太阳能发电站，其特征在于，还包括在南北方向上设置的第N列聚光碟；N≥3；第N列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第N-1列的所述聚光碟的阴影边界的交点处。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的碟式太阳能发电站，其特征在于，全部所述聚光碟的大小尺寸均一致。

5.一种碟式太阳能发电站的布局方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取聚光碟的立柱高度H以及开口直径D；获取全年正午时刻最小高度角值θ₁；

根据公式L₁＝h₁/tanθ₁以及h₁＝H+D/2×cosθ₁计算所述聚光碟的全年正午时刻最大投影长度L₁；

将所述聚光碟沿南北方向设置为第一列，并且任意相邻的两个所述聚光碟之间的中心间距设置为大于或等于L₁。

6.根据权利要求5所述的碟式太阳能发电站的布局方法，其特 征在于，还包括如下步骤：

根据年均太阳直接辐射强度计算所述太阳直接辐射强度达到阈值时的太阳高度角均值θ₂；

根据所述θ₂、L₂＝h₂/tanθ₂以及h₂＝H+D/2×cosθ₂计算得到L₂值；

根据所述L₁、所述L₂以及太阳方位角变化区域ξ计算得出第一列中全部所述聚光碟的全年最大投影的变化区域；

沿南北方向设置第S列聚光碟；S≥2；第S列所述聚光碟的中心依次设置于相邻的两个第S-1列所述聚光碟的阴影边界的交点处，第S-1列所述聚光碟的阴影边界是指所述聚光碟的全年最大投影的变化区域。