5kW碟式太阳能斯特林发电系统的设计和研制

【摘要】：太阳能发电主要包括太阳能光伏发电和太阳能热发电。太阳能热发电系统主要包括塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统和碟式太阳能热发电系统，光伏发电的理论效率为24%，目前产业化的单晶硅光伏发电的最高效率为17.5%，而商业化运行的热发电效率：塔式可达24%、槽式可达26%、碟式可达29.5%。碟式太阳能斯特林发电系统主要由双轴跟踪碟式聚光系统和斯特林发动机这两部分组成。本文对碟式太阳能斯特林发电系统进行了设计和研究。 碟式太阳能斯特发电系统把斯特林发动机作为原动机来进行热电转换。斯特林发动机是一种往复式外燃机，其理想热力学循环称为斯特林循环。本文设计了5kW斯特林发动机的回热器、冷却器、集热器、冷腔、热腔。碟式太阳能热动力发电的热电转换基本工作原理为工质从高温热源吸收热量，膨胀做功，向低温热源放热并收缩，再次从热源吸收热量，循环上述过程。在每次循环过程中，工质吸收的热能转化为机械能，而工质做功过程中通过活塞的往复运动又带动发电机进一步将机械能转化为电能。 为了在实验室独立地更好地研究斯特林发动机，而不依赖于室外安装的碟式太阳能聚光系统，因此设计研制了一台太阳能电加热模拟器。随后，设计了太阳能电加热模拟器电路对太阳能电加热模拟器进行了实验，通过实际的实验和理论的验证，证明了该太阳能电加热模拟器较好地模拟了发动机的热源。 碟式太阳能斯特林发电系统的另外一个组成部分是双轴跟踪聚光系统，本文对其进行了分析，介绍了实现太阳跟踪的理论基础以及太阳追踪模式，确定了准备采用的追踪模式和控制方案。 【关键词】：太阳能热发电 斯特林发动机 电加热模拟 双轴跟踪
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 引言9-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究方向10
• 1.2 太阳能热发电系统主要类型10-13
• 1.2.1 槽式太阳能热发电系统11
• 1.2.2 塔式太阳能热发电系统11-12
• 1.2.3 碟式太阳能热发电系统12-13
• 1.3 本文相关内容的国内外发展现状13-16
• 1.3.1 太阳能热发电的国外发展现状13-15
• 1.3.2 太阳能热发电的国内发展现状15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16
• 1.5 本章小结16-17
• 2 碟式太阳能热发电系统17-22
• 2.1 工作原理17-18
• 2.2 系统组成18-19
• 2.2.1 旋转抛物面聚光器18-19
• 2.2.2 跟踪控制系统19
• 2.2.3 热电转换装置19
• 2.3 碟式太阳能热发电系统发展现状19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 斯特林热电转换装置的设计及研制22-42
• 3.1 斯特林发动机简介22-30
• 3.1.1 斯特林发动机的基本工作原理22-24
• 3.1.2 斯特林发动机的实际循环24-28
• 3.1.3 斯特林发动机的基本类型28-29
• 3.1.4 斯特林发动机的优点29-30
• 3.2 斯特林发动机的设计与研制30-41
• 3.2.1 集热器30-33
• 3.2.2 回热器33-34
• 3.2.3 冷却器34-38
• 3.2.4 气缸38-39
• 3.2.5 电机39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 太阳能电加热模拟器的设计及研制42-50
• 4.1 太阳能电加热模拟器的温升的计算42-44
• 4.1.1 计算钢板温升42-43
• 4.1.2 计算水泥温升43-44
• 4.2 太阳能电加热模拟器的保温绝热44-45
• 4.3 太阳能电加热模拟器电路45-46
• 4.3.1 电路45-46
• 4.3.2 计算电压46
• 4.3.3 实验数据46
• 4.4 实测热惯性时间常数46-48
• 4.5 最小二乘估计法确定热惯性时间常数48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 5 双轴跟踪控制系统的分析50-60
• 5.1 实现太阳跟踪的理论基础50-53
• 5.1.1 太阳运行的规律50-52
• 5.1.2 太阳时角和时差52-53
• 5.2 太阳追踪模式的分析53-54
• 5.2.1 太阳追踪模式介绍53
• 5.2.2 本文所采用的跟踪模式53-54
• 5.3 选择控制方案54-55
• 5.4 系统描述55-59
• 5.4.1 光电检测追踪模式方案55-56
• 5.4.2 传感器的介绍56
• 5.4.3 视日运动轨迹追踪模式方案56-58
• 5.4.4 聚光太阳能集热器的设计58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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