塔式太阳能热电系统的成像仿真与聚焦策略研究

【摘要】塔式太阳能热电系统利用多个独立跟踪太阳的定日镜,将光线聚焦到一个固定在接收塔顶部的吸热器上,从而利用高温介质的热能发电,具有聚光比大、运行温度高的优点。其中,吸热器作为聚光系统中的一部分,承担着光热转换的关键作用。吸热器的成像仿真能够提供其接收面能流密度的分布情况,从而为吸热器的设计以及镜场的调度提供参考依据,因此对于塔式太阳能热电系统设计和运行具有重要的意义。本文针对吸热器成像及聚焦进行相关研究,完成的主要工作包括：1.分析了太阳光的发散性,在太阳光锥角的模型之上建立了非平行入射光向量,使得成像更符合实际；同时建立了镜场物理分布模型和能量转换模型,分析了镜场各光学效率的组成及对成像的影响。2.利用蒙特卡洛光线追迹法分别获得了单面定日镜和多面镜场的仿真图像,通过与实际数据的对比,验证了方法的正确性；在此基础上分析了不同镜场参数对成像的影响。3.基于GPU并行计算和CUDA计算平台,对上述算法进行了程序加速。并以eSolar镜场为对象,完成了并行程序的优化设计。结果表明使用GPU计算平台,计算效率得到显著提升。4.在镜场仿真模型和GPU并行程序基础之上,提出了以吸热器安全问题为前提的优化调度模型,该模型能保证能流峰值不超过吸热器耐热管道功率值的情况下,实现太阳能的最大利用；基于该优化模型,对不同时间点、不同聚焦目标数量下的成像情况作了探讨。综上,本文建立了聚光集热模型,基于GPU并行计算和CUDA计算平台,利用蒙特卡洛光线追迹法获得了吸热器接收面的能流密度分布,并从吸热器安全的角度出发,提出了多个聚焦目标点的吸热器优化模型。本文工作可为吸热器的设计、镜场调度提供一定的理论参考依据。
【作者】周艺艺；
【导师】赵豫红；
【作者基本信息】浙江大学，系统工程，2014，硕士
【关键词】塔式太阳能热电系统；吸热器成像；聚焦策略；光学效率；GPU并行计算；

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