塔式太陽能熱電系統(tǒng)的成像仿真與聚焦策略研究.pdf

1、塔式太陽能熱電系統(tǒng)利用多個獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將光線聚焦到一個固定在接收塔頂部的吸熱器上，從而利用高溫介質(zhì)的熱能發(fā)電，具有聚光比大、運(yùn)行溫度高的優(yōu)點(diǎn)。其中，吸熱器作為聚光系統(tǒng)中的一部分，承擔(dān)著光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用。吸熱器的成像仿真能夠提供其接收面能流密度的分布情況，從而為吸熱器的設(shè)計以及鏡場的調(diào)度提供參考依據(jù)，因此對于塔式太陽能熱電系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行具有重要的意義。
　　本文針對吸熱器成像及聚焦進(jìn)行相關(guān)研究，完成的主要工作包括:

2、>　　1.分析了太陽光的發(fā)散性，在太陽光錐角的模型之上建立了非平行入射光向量，使得成像更符合實(shí)際;同時建立了鏡場物理分布模型和能量轉(zhuǎn)換模型，分析了鏡場各光學(xué)效率的組成及對成像的影響。
　　2.利用蒙特卡洛光線追跡法分別獲得了單面定日鏡和多面鏡場的仿真圖像，通過與實(shí)際數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證了方法的正確性;在此基礎(chǔ)上分析了不同鏡場參數(shù)對成像的影響。
　　3.基于GPU并行計算和CUDA計算平臺，對上述算法進(jìn)行了程序加速。并以eSola

3、r鏡場為對象，完成了并行程序的優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明使用GPU計算平臺，計算效率得到顯著提升。
　　4.在鏡場仿真模型和GPU并行程序基礎(chǔ)之上，提出了以吸熱器安全問題為前提的優(yōu)化調(diào)度模型，該模型能保證能流峰值不超過吸熱器耐熱管道功率值的情況下，實(shí)現(xiàn)太陽能的最大利用;基于該優(yōu)化模型，對不同時間點(diǎn)、不同聚焦目標(biāo)數(shù)量下的成像情況作了探討。
　　綜上，本文建立了聚光集熱模型，基于GPU并行計算和CUDA計算平臺，利用蒙特卡洛光線追跡法獲