專利名稱：塔式發(fā)電站中的定日鏡的分布方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通過發(fā)電站從太陽輻射產(chǎn)生電能的領(lǐng)域，該發(fā)電站具有類似的中心塔接受器。本發(fā)明的目的包括通過相對于接受塔選擇性地分布定日鏡，達(dá)到熱電發(fā)電站的最佳性能。
背景技術(shù)：
熱電太陽能發(fā)電站是一種工業(yè)設(shè)施，其中，通過利用太陽輻射進(jìn)行液體加熱以及將其用于對流熱動力循環(huán)，產(chǎn)生必要的電力，用以驅(qū)動交流發(fā)電機以與傳統(tǒng)熱電站相同的 方式產(chǎn)生電能。建設(shè)性地，為了能夠達(dá)到300° C以上的高溫，有必要聚焦太陽輻射，由此在熱動力循環(huán)中獲得令人滿意的性能，這種性能是無法通過低溫得到的。通過利用自動取向而被指向中心塔的鏡子來進(jìn)行太陽光線的收集和聚焦，其中在該中心塔內(nèi)液體被加熱。包括反射表面和及其取向設(shè)備的裝置被稱為定日鏡。塔式發(fā)電站，也稱為中心接受器系統(tǒng)，由聚焦系統(tǒng)或定日鏡場形成，該聚焦系統(tǒng)或定曰鏡場將太陽輻射的直射分量收集并聚集到接受器上方，在該接受器內(nèi)產(chǎn)生從輻射能到熱能的轉(zhuǎn)換，該接受器通常安裝在塔的上部。取決于所選擇的技術(shù)，工作流體可以是空氣、水蒸氣、熔融鈉或熔融鹽，以及其他的工作流體。對于以水蒸氣為工作流體的裝置來說，水蒸氣直接驅(qū)動渦輪。對于其他的工作流體，流體將熱量傳遞到水蒸氣發(fā)生器，通過水蒸氣發(fā)生器為驅(qū)動發(fā)電機的渦輪供電。所有這些類型的發(fā)電站的配置特點是定日鏡是以其尺寸和到塔的距離的函數(shù)進(jìn)行分布，該分布遵循從塔開始的特定的公共徑向分布，被稱為“玉米田(corn feld)”和“徑向交錯(radial staggered)”。所述配置具有如下缺點在相鄰的定日鏡之間產(chǎn)生陰影和阻擋，因此需要去除其中的一些定日鏡，以便避免這種影響。而且，這些類型的配置具有無定日鏡的過渡區(qū)或空區(qū)域，這導(dǎo)致地面的利用率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，將由植物中的葉子、莖和種子所展現(xiàn)的排布應(yīng)用到太陽能場中的定日鏡的特殊分布中。所述排布被稱為葉序，是每種植物種類所具有的特性。它的功能是將這些植物、莖和種子暴露在太陽下，并使得可能來自它們的同伴的干擾最小，從而最大程度地收集光線。這種特殊的分布使得定日鏡能夠以這樣的方式被放置使得由相鄰定日鏡之間的陰影和阻擋、大氣衰減以及由于定日鏡和塔之間的遠(yuǎn)距離所導(dǎo)致的截取(interc印tion)的增加而所產(chǎn)生的光學(xué)損耗最小化，因此，當(dāng)能夠使太陽能場中的定日鏡的密度最大化時，就優(yōu)化了太陽輻射的利用。黃金分割或者“神圣比例”(使用于希臘古典主義)來自于對直線量(linealquantity)(距離、持續(xù)時間等的大小等，通過線段長度的可抽象的)的分割，使得總長和最長部分的比值等于最長部分和最短部分的比值。使用必要的等式來求解(a/b=b/(a+b))，長的部分(線段長度為I)的值約為0. 618 (實際上是個無理數(shù))，而最短的值約為0. 382。這個數(shù)值與斐波納契數(shù)列中兩個連續(xù)項之間的關(guān)系中存在的所趨于的極限一致。通過連續(xù)排布的部件形成的發(fā)散角(divergence of the angle)的規(guī)則性來描述發(fā)電站中不同部件或定日鏡的排布。這個角度將整個圓劃分為與斐波納契數(shù)列(1/2，1/3，2/5，3/8，5/13…)中的數(shù)字一致的分?jǐn)?shù)，其收斂于黃金分割的無理數(shù)極限0. 382.，相當(dāng)于137. 5…度的角度。為了測定熱電發(fā)電站中的上述角度以及確定定日鏡的位置，本發(fā)明的系統(tǒng)客體(system object)是基于按照由葉子、莖和種子呈現(xiàn)的排布所標(biāo)記的圖形對定日鏡的放置。這些將通過下面的等式進(jìn)行描述，這些等式是由屬于斐波納契數(shù)列的數(shù)據(jù)定義費爾馬二維螺線，也被稱為拋物螺線。xn=rn cos 0 nyn=rn sin 0 n其中rn= Cn--Jn
rI /II' TCOn =H-,
T其中#n G N,自然數(shù)，對應(yīng)于我們想在一定區(qū)域內(nèi)放置的定日鏡的數(shù)量。^rnG Q，rn>0，大于零的有理數(shù)，對應(yīng)于將被放置在太陽能場中的每個定日鏡相對于塔的坐標(biāo)軸中心的半徑或距離。
0n G
，對應(yīng)于在太陽能場中的每個定日鏡放置的角度。
T是黃金分割的無理數(shù)極限0. 382...，對應(yīng)于137. 5…度的角度。作為黃金分割的無理數(shù)極限
權(quán)利要求
1.一種塔式太陽能發(fā)電站(I)中定日鏡的分布方法，該塔式太陽能發(fā)電站用于從太陽能產(chǎn)生電能，該類型的太陽能發(fā)電站(I)包括被定日鏡(3)的場環(huán)繞的接受塔(2)，定日鏡(3)將太陽輻射反射到所述塔(2)，其特征在于，所述定日鏡(3)的分布方法包括通過根據(jù)半徑和角度放置每個定日鏡來模仿在自然界中發(fā)現(xiàn)的用于聚集光的系統(tǒng)(植物種子、葉子和花瓣)，所述半徑和角度在極坐標(biāo)中由
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電站(I)中的定日鏡的分布方法，其特征在于，Cn或發(fā)電站中的定日鏡(3 )的緊密度指數(shù)是常量，其對于所述場的所有定日鏡是相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電站(I)中的定日鏡的分布方法，其特征在于，cn或發(fā)電站中的定日鏡(3)的緊密度指數(shù)對于每個定日鏡是不同的，實現(xiàn)所述場的最佳化取決于如下變量 h G Q, h>0是大于零的有理數(shù)，其對應(yīng)于塔的高度， dGQ, d>0是大于零的有理數(shù)，其對應(yīng)于定日鏡為了避免相互之間的接觸所必須放置的最小距離，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塔式太陽能發(fā)電站(I)中的定日鏡的分布方法，其特征在于，Cn可以被計算為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電站(I)中的定日鏡的分布方法，其特征在于，0 n對于所有的n具有包含在O到2 JI之間的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電站(I)中的定日鏡的分布方法，其特征在于，該方法防止定日鏡(3)之間的阻擋和陰影，無需在定日鏡之間具有過渡線，且具有可能的最大定日鏡密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電站(I)中的定日鏡的分布方法，其特征在于，該方法通過遵循拋物螺線或費爾馬螺線的形狀對定日鏡的放置在數(shù)學(xué)上進(jìn)行描述，該拋物螺線或費爾馬螺線用斐波納契數(shù)列的數(shù)值生成，或者是相同的，連續(xù)的螺線中的每一個螺線被排布的角度趨向于黃金數(shù)。
全文摘要
塔式太陽能發(fā)電站中的定日鏡的分布方法，該塔式太陽能發(fā)電站被定日鏡場環(huán)繞，定日鏡將太陽輻射反射到所述塔上。所述定日鏡的分布方法涉及通過每個定日鏡在極坐標(biāo)中根據(jù)由公式(I)定義的半徑和角度的放置來模仿在自然界中發(fā)現(xiàn)的用于最大化聚集光的系統(tǒng)(植物種子、葉子和花瓣)，該系統(tǒng)在數(shù)學(xué)上用屬于斐波納契數(shù)列的數(shù)通過費爾馬螺線來描述，其中rn是從塔(2)到第n個定日鏡(3)的位置的距離,θ是由半徑rn與半徑rn-1形成的角度,n是我們想要被放置的定日鏡(3)的數(shù)量,Cn是取決于每個放置位置和對應(yīng)于發(fā)電站中的定日鏡(3)的緊密度指數(shù)的常數(shù),τ是黃金分割的無理數(shù)極限,即,(公式II)。
文檔編號F24J2/10GK102753906SQ201080062794
公開日2012年10月24日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者C·格里克, M·克羅·加西亞, M·普凡德爾, R·奧蘇納·岡薩雷斯-阿圭勒 申請人:阿文戈亞太陽能新技術(shù)公司