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。

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引 言

1 绪论

1.1 课题背景及研究方向

1.2 太阳能热发电系统主要类型

1.3 本文相关内容的国内外发展现状

1.4 本文的主要研究内容

1.5 本章小结

2 碟式太阳能热发电系统

2.1工作原理

2.2系统组成

2.3 碟式太阳能热发电系统发展现状

2.4 本章小结

3 斯特林热电转换装置的设计及研制

3.1 斯特林发动机简介

3.2 斯特林发动机的设计与研制

3.3 本章小结

4 太阳能电加热模拟器的设计及研制

4.1 太阳能电加热模拟器的温升的计算

4.2 太阳能电加热模拟器的保温绝热

4.3 太阳能电加热模拟器电路

4.4 实测热惯性时间常数?

4.5 最小二乘估计法确定热惯性时间常数

4.6 本章小结

5 双轴跟踪控制系统的分析

5.1 实现太阳跟踪的理论基础

5.2 太阳追踪模式的分析

5.3 选择控制方案

5.4 系统描述

5.5 本章小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢