大型聚光光伏跟蹤裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

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，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，機械結(jié)構(gòu)的制造成本與機械結(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)計為例，以零件的形狀和截面尺寸為設(shè)計變量，以CPV組件支承支架和立柱的的質(zhì)量為優(yōu)化目標，采用遺傳算法和有限元分析相結(jié)合的方式，對CPV組件支承支架和立柱進行優(yōu)化設(shè)計。
　　 論文主要進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)的工作風速，分析跟蹤裝置在風影響下所受到的風載荷。并根據(jù)得到的跟蹤裝置受力情況進一步分析跟蹤裝置機械結(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。
　　 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，并運用流體分析軟件對其進行流場分析，獲得CPV組件表面風載壓力，通過獲取的風載壓力擬合CPV組件表面風壓函數(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。借助得到的風壓函數(shù)以及相關(guān)參數(shù)對跟蹤裝置支承支架與立柱進行有限元仿真分析。
　　 以CPV組件支承支架和立柱各零部件的截面型號、關(guān)鍵部位的尺寸參數(shù)等為設(shè)計變量，并參考方位角跟蹤動力機構(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，使用MATLAB遺傳工具箱對跟蹤裝