大型聚光光伏跟蹤裝置結構優(yōu)化.pdf

1、開發(fā)新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題。在新能源中，光伏特別是聚光光伏(CPV)倍受矚目，并且發(fā)展迅猛。CPV系統(tǒng)通過提高聚光比從而不斷減少電池使用面積，同時，隨著聚光比的增加，CPV組件的接收角也越小。而跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度必須滿足CPV組件接收角的要求，才能保證CPV系統(tǒng)的發(fā)電效率，從而提高發(fā)電功率，降低發(fā)電成本。目前，在CPV系統(tǒng)的成本中，跟蹤裝置的制造成本為總系統(tǒng)成本的30％左右。一般，機械結構的制造成本與機械結構的重量

2、成正比。因此，在保證CPV跟蹤系統(tǒng)性能前提下，通過降低跟蹤裝置結構的重量，即可降低CPV系統(tǒng)成本。本文以5KW聚光光伏系統(tǒng)的設計為例，以零件的形狀和截面尺寸為設計變量，以CPV組件支承支架和立柱的的質量為優(yōu)化目標，采用遺傳算法和有限元分析相結合的方式，對CPV組件支承支架和立柱進行優(yōu)化設計。
　　 論文主要進行了聚光光伏跟蹤裝置的結構優(yōu)化，主要研究了如下內容。
　　 以現有5KW聚光光伏系統(tǒng)為例，分析在已知參數情況下的C

3、PV組件的布置形式以及跟蹤系統(tǒng)的工作風速，分析跟蹤裝置在風影響下所受到的風載荷。并根據得到的跟蹤裝置受力情況進一步分析跟蹤裝置機械結構的轉角位移關系。并以此作為跟蹤裝置是否滿足工作性能的主要指標。
　　 根據CPV組件的結構尺寸和CPV組件布置方式，建立CPV組件模型，并運用流體分析軟件對其進行流場分析，獲得CPV組件表面風載壓力，通過獲取的風載壓力擬合CPV組件表面風壓函數。利用ANSYS APDL建立跟蹤裝置支承支架和立柱的

4、參數化有限元模型。借助得到的風壓函數以及相關參數對跟蹤裝置支承支架與立柱進行有限元仿真分析。
　　 以CPV組件支承支架和立柱各零部件的截面型號、關鍵部位的尺寸參數等為設計變量，并參考方位角跟蹤動力機構中回轉減速器的有關尺寸以及CPV組件支承支架最低點離地面的高度，以跟蹤裝置有限元分析得到的結構剛度與強度結果作為約束條件(使得系統(tǒng)最大轉角不超過0.25°)。以跟蹤裝置結構的質量最小化為優(yōu)化目標，使用MATLAB遺傳工具箱對跟蹤裝