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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(shí),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(jī)械結(jié)構(gòu)的制造成本與機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為例,以零件的形狀和截面尺寸為設(shè)計(jì)變量,以CPV組件支承支架和立柱的的質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo),采用遺傳算法和有限元分析相結(jié)合的方式,對(duì)CPV組件支承支架和立柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
論文主要進(jìn)行了聚光光伏跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,主要研究了如下內(nèi)容。
以現(xiàn)有5KW聚光光伏系統(tǒng)為例,分析在已知參數(shù)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(fēng)速,分析跟蹤裝置在風(fēng)影響下所受到的風(fēng)載荷。并根據(jù)得到的跟蹤裝置受力情況進(jìn)一步分析跟蹤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角位移關(guān)系。并以此作為跟蹤裝置是否滿足工作性能的主要指標(biāo)。
根據(jù)CPV組件的結(jié)構(gòu)尺寸和CPV組件布置方式,建立CPV組件模型,并運(yùn)用流體分析軟件對(duì)其進(jìn)行流場(chǎng)分析,獲得CPV組件表面風(fēng)載壓力,通過獲取的風(fēng)載壓力擬合CPV組件表面風(fēng)壓函數(shù)。利用ANSYS APDL建立跟蹤裝置支承支架和立柱的
4、參數(shù)化有限元模型。借助得到的風(fēng)壓函數(shù)以及相關(guān)參數(shù)對(duì)跟蹤裝置支承支架與立柱進(jìn)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(hào)、關(guān)鍵部位的尺寸參數(shù)等為設(shè)計(jì)變量,并參考方位角跟蹤動(dòng)力機(jī)構(gòu)中回轉(zhuǎn)減速器的有關(guān)尺寸以及CPV組件支承支架最低點(diǎn)離地面的高度,以跟蹤裝置有限元分析得到的結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度結(jié)果作為約束條件(使得系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)角不超過0.25°)。以跟蹤裝置結(jié)構(gòu)的質(zhì)量最小化為優(yōu)化目標(biāo),使用MATLAB遺傳工具箱對(duì)跟蹤裝
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