专利名称：塔式发电站中的定日镜的分布方法
技术领域：
本发明属于通过发电站从太阳辐射产生电能的领域，该发电站具有类似的中心塔接受器。本发明的目的包括通过相对于接受塔选择性地分布定日镜，达到热电发电站的最佳性能。
背景技术：
热电太阳能发电站是一种工业设施，其中，通过利用太阳辐射进行液体加热以及将其用于对流热动力循环，产生必要的电力，用以驱动交流发电机以与传统热电站相同的 方式产生电能。建设性地，为了能够达到300° C以上的高温，有必要聚焦太阳辐射，由此在热动力循环中获得令人满意的性能，这种性能是无法通过低温得到的。通过利用自动取向而被指向中心塔的镜子来进行太阳光线的收集和聚焦，其中在该中心塔内液体被加热。包括反射表面和及其取向设备的装置被称为定日镜。塔式发电站，也称为中心接受器系统，由聚焦系统或定日镜场形成，该聚焦系统或定曰镜场将太阳辐射的直射分量收集并聚集到接受器上方，在该接受器内产生从辐射能到热能的转换，该接受器通常安装在塔的上部。取决于所选择的技术，工作流体可以是空气、水蒸气、熔融钠或熔融盐，以及其他的工作流体。对于以水蒸气为工作流体的装置来说，水蒸气直接驱动涡轮。对于其他的工作流体，流体将热量传递到水蒸气发生器，通过水蒸气发生器为驱动发电机的涡轮供电。所有这些类型的发电站的配置特点是定日镜是以其尺寸和到塔的距离的函数进行分布，该分布遵循从塔开始的特定的公共径向分布，被称为“玉米田(corn feld)”和“径向交错(radial staggered)”。所述配置具有如下缺点在相邻的定日镜之间产生阴影和阻挡，因此需要去除其中的一些定日镜，以便避免这种影响。而且，这些类型的配置具有无定日镜的过渡区或空区域，这导致地面的利用率较低。
发明内容
本发明的目的在于，将由植物中的叶子、茎和种子所展现的排布应用到太阳能场中的定日镜的特殊分布中。所述排布被称为叶序，是每种植物种类所具有的特性。它的功能是将这些植物、茎和种子暴露在太阳下，并使得可能来自它们的同伴的干扰最小，从而最大程度地收集光线。这种特殊的分布使得定日镜能够以这样的方式被放置使得由相邻定日镜之间的阴影和阻挡、大气衰减以及由于定日镜和塔之间的远距离所导致的截取(interc印tion)的增加而所产生的光学损耗最小化，因此，当能够使太阳能场中的定日镜的密度最大化时，就优化了太阳辐射的利用。黄金分割或者“神圣比例”(使用于希腊古典主义)来自于对直线量(linealquantity)(距离、持续时间等的大小等，通过线段长度的可抽象的)的分割，使得总长和最长部分的比值等于最长部分和最短部分的比值。使用必要的等式来求解(a/b=b/(a+b))，长的部分(线段长度为I)的值约为0. 618 (实际上是个无理数)，而最短的值约为0. 382。这个数值与斐波纳契数列中两个连续项之间的关系中存在的所趋于的极限一致。通过连续排布的部件形成的发散角(divergence of the angle)的规则性来描述发电站中不同部件或定日镜的排布。这个角度将整个圆划分为与斐波纳契数列(1/2，1/3，2/5，3/8，5/13…)中的数字一致的分数，其收敛于黄金分割的无理数极限0. 382.，相当于137. 5…度的角度。为了测定热电发电站中的上述角度以及确定定日镜的位置，本发明的系统客体(system object)是基于按照由叶子、茎和种子呈现的排布所标记的图形对定日镜的放置。这些将通过下面的等式进行描述，这些等式是由属于斐波纳契数列的数据定义费尔马二维螺线，也被称为抛物螺线。xn=rn cos 0 nyn=rn sin 0 n其中rn= Cn--Jn
rI /II' TCOn =H-,
T其中#n G N,自然数，对应于我们想在一定区域内放置的定日镜的数量。^rnG Q，rn>0，大于零的有理数，对应于将被放置在太阳能场中的每个定日镜相对于塔的坐标轴中心的半径或距离。
0n G
，对应于在太阳能场中的每个定日镜放置的角度。
T是黄金分割的无理数极限0. 382...，对应于137. 5…度的角度。作为黄金分割的无理数极限
权利要求
1.一种塔式太阳能发电站(I)中定日镜的分布方法，该塔式太阳能发电站用于从太阳能产生电能，该类型的太阳能发电站(I)包括被定日镜(3)的场环绕的接受塔(2)，定日镜(3)将太阳辐射反射到所述塔(2)，其特征在于，所述定日镜(3)的分布方法包括通过根据半径和角度放置每个定日镜来模仿在自然界中发现的用于聚集光的系统(植物种子、叶子和花瓣)，所述半径和角度在极坐标中由
2.根据权利要求I所述的塔式太阳能发电站(I)中的定日镜的分布方法，其特征在于，Cn或发电站中的定日镜(3 )的紧密度指数是常量，其对于所述场的所有定日镜是相同。
3.根据权利要求I所述的塔式太阳能发电站(I)中的定日镜的分布方法，其特征在于，cn或发电站中的定日镜(3)的紧密度指数对于每个定日镜是不同的，实现所述场的最佳化取决于如下变量 h G Q, h>0是大于零的有理数，其对应于塔的高度， dGQ, d>0是大于零的有理数，其对应于定日镜为了避免相互之间的接触所必须放置的最小距离，
4.根据权利要求3所述的塔式太阳能发电站(I)中的定日镜的分布方法，其特征在于，Cn可以被计算为
5.根据权利要求I所述的塔式太阳能发电站(I)中的定日镜的分布方法，其特征在于，0 n对于所有的n具有包含在O到2 JI之间的值。
6.根据权利要求I所述的塔式太阳能发电站(I)中的定日镜的分布方法，其特征在于，该方法防止定日镜(3)之间的阻挡和阴影，无需在定日镜之间具有过渡线，且具有可能的最大定日镜密度。
7.根据权利要求I所述的塔式太阳能发电站(I)中的定日镜的分布方法，其特征在于，该方法通过遵循抛物螺线或费尔马螺线的形状对定日镜的放置在数学上进行描述，该抛物螺线或费尔马螺线用斐波纳契数列的数值生成，或者是相同的，连续的螺线中的每一个螺线被排布的角度趋向于黄金数。
全文摘要
塔式太阳能发电站中的定日镜的分布方法，该塔式太阳能发电站被定日镜场环绕，定日镜将太阳辐射反射到所述塔上。所述定日镜的分布方法涉及通过每个定日镜在极坐标中根据由公式(I)定义的半径和角度的放置来模仿在自然界中发现的用于最大化聚集光的系统(植物种子、叶子和花瓣)，该系统在数学上用属于斐波纳契数列的数通过费尔马螺线来描述，其中rn是从塔(2)到第n个定日镜(3)的位置的距离,θ是由半径rn与半径rn-1形成的角度,n是我们想要被放置的定日镜(3)的数量,Cn是取决于每个放置位置和对应于发电站中的定日镜(3)的紧密度指数的常数,τ是黄金分割的无理数极限,即,(公式II)。
文档编号F24J2/10GK102753906SQ201080062794
公开日2012年10月24日 申请日期2010年11月30日 优先权日2009年12月1日
发明者C·格里克, M·克罗·加西亚, M·普凡德尔, R·奥苏纳·冈萨雷斯-阿圭勒 申请人:阿文戈亚太阳能新技术公司