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    组件 121：定日镜场
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    组件 121：定日镜场

    规格

    管道连接 

    1

    连接到接收器

    2

    限值输入

    3

    电力消耗

     

    通用       用户输入值       物理应用       定日镜场数据文件结构       显示选项       示例

     

    通用

     

    定日镜场用于将进入的太阳辐照度集中到接收器的光圈区域。这是由大量单独跟踪的定日镜实现的。定日镜场的输出是定义的光圈表面上的通量密度分布。这个光圈表面可以作为光学聚光器和太阳能接收器之间的一个接口。每个定日镜都有一个单独的效率，它可以被定义为击中接收器的反射辐照度与定日镜表面接受的辐照度之比。定日镜在场内的位置决定了它的余弦角和与光圈平面的距离。这两个数量决定了它的效率。光线追踪工具通常被用来确定这些效率与实际太阳位置的关系，从而确定整个太阳场的性能。

    在 EBSILONProfessional 中的实现就是基于这样一种整体表述。作为第二个简化，EBSILONProfessional 假设光圈上的通量分布是均匀的，这通常足以在系统层面上进行热力学分析。接收器光圈上的入射功率计算为：

      (1)

     

    其中平均场反射率为 rrefl，定日镜场光圈面积为 Arefl，以及取决于太阳方位角 gS 和太阳高度 aS 的太阳场光学效率为 hfield。如果有的话，用户可以把一个风的修正项 包括在内。

     

    实际的场清洁度由参数 REFL 表示（相对于定日镜场矩阵中包含的设计反射率）。用户必须提供所要模拟的配置的场效率矩阵。任何定日镜场设计工具，例如 HFLCAL，都可以用来生成场性能数据。定义了一种 ASCII 文件格式，它包含了描述定日镜场所需的所有数值，包括效率矩阵。

    有几个选项可以限制定日镜场提供给接收器的功率。这可以通过一个聚焦系数  来实现，如果通过接收器的流体超过了某个极限，Ebsilon 会自动降低这个系数。
    用户可以选择接收器的最大出口状态（温度，焓、蒸汽份额）、最大质量流量或最大功率作为限值。这些限值可以由一个参数提供，或由来自定日镜场组件外部的逻辑管道提供。

    建议从文件中读取数据以减少效率矩阵和相关参数的错位。一些在定日镜场设计中使用的参数可以被 Ebsilon 存储起来供用户参考。这些参数不用于计算，但 Ebsilon 会自动从文件中读取（如果可用）。

     

    定日镜场模型中只有一些参数可以由用户改变。这就是系统的有效折射率以及辐照度、太阳角度和风的参数。所有其它参数都是从定日镜场数据文件中读取的，并呈现在规格标签中供参考。

     

    ETAMAT 的适配多项式（ADAPT）或内核表达式（EADAPT）

    在这个组件中，可以使用适配多项式或内核表达式来代替或补充效率矩阵。以下参数可分别用于适配多项式和内核表达式中：

    示例\组件中的的范本文件：

    • Component_121_ADAPT.ebs 演示使用内部参数 RSHEIGHT 和 RSAZIM 的适配多项式的应用

    • Component_121_ADAPT_IND.ebs 演示适配性多项式的应用，它通过太阳的逻辑出口和相应的参考指数上的数值指示器来获取太阳高度和方位角

    • Component_121_EADAPT.ebs 演示使用内部参数 RSHEIGHT 和 RSAZIM 的内核表达式的应用

    用户输入值

    通用参数

    FIELDSET 定日镜场类型名称
    AREFL 定日镜场的总反射面积（限制性规格值）
    NHEL 定日镜的总数量（限制性规格值）
    AMIR 定日镜反射面
    REFL 场的有效反射率（也包含污损）
    FDETEFF

    计算附加效率的方法

    如父工况（子工况为可选项）            

    表达式

    =0: 使用 MXFIELDEFF，不计算 RETACOS, RETABAS, RETAATM, RETAINT（即使矩阵可用）

    =1: 使用 MXCOSEFF, MXSHDEFF, MXATMEFF, MXINTEFF（计算值（RETACOS, RETABAS, RETAATM, RETAINT），如果有矩阵是可用的）

    =2: 使用 MXFIELDEFF，但计算 RETACOS, RETABAS, RETAATM, RETAINT（如与总矩阵不一致时，将发出警告）
    PATRACK 特定的跟踪消耗（定日镜场运行期间的时间平均值）
    MINTRACK 激活跟踪系统的最小值 DNI

     

     

    功率限制

    如果在 FLIMITS（= 0）中选择了通过规格值定义，则使用这些功率限制的规格值。否则（FLIMITS = 1），相应的值将从管道 2 读取。

    FLIMIT

    指定功率限制方法的标志

    如父工况（子工况为可选项） 

    表达式 

    =0:：预给的聚焦状态(FOCUS)

    =1：连接接收器质量流量的限制（M2MAX）

    =2: 连接接收器热功率的限制 (QMAX)

    =3: 连接的接收器出口温度的限制 (T2MAX)

    =4: 连接接收器出口比焓的限制 (H2MAX)

    =5：连接接收器出口蒸汽份额的限制（X2MAX）。
    FLIMITS

    极限值的定义方法

    如父工况（子工况为可选项） 

    表达式  

    =0: 根据 FLIMIT（FOCUS, M2MIN, M2MAX, QMAX, T2MAX, H2MAX, X2MAX）的选择来确定规范值
    =1: 由逻辑管道"2"给定

    • 质量流量 M2MAX 由管道的质量流量特性定义
    • QMAX, T2MAX, H2MAX, X2MAX, FOCUS通过管道的焓特性定义（对于逻辑管道，除质量流量外的所有测量值输入都自动映射到管道的比焓值上）
    FOCUS 收集器的聚焦状态（0 = 不聚焦，1 = 聚焦，介于两者之间的线性，（在 FLIMIT = 0 时使用）
    M2MAX 最大质量流量（在 FLIMIT = 1 时使用）
    QMAX 场的最大热功率（在 FLIMIT = 2 时使用）
    T2MAX 最大出口温度（在 FLIMIT = 3 时使用）
    H2MAX 最大出口比焓（在 FLIMIT = 4 时使用）
    X2MAX 最大出口蒸汽份额（在 FLIMIT = 5时使用）
    FWIND

    风效应的计算方法

    如父工况（子工况为可选项） 

    表达式 

    =0: 由常数系数 CORWIND 给定
    =1: 适配函数 EWIND
    CORWIND 描述风对光学性能影响的因子（1 = 无影响或由 EWIND 定义的影响）
    EWIND 对于 FWIND = 1 的风影响适配函数：结果：0...，默认为 0。
    VMAX 可容忍的最大风速
    FATM

    大气衰减修正的计算方法

    如父工况（子工况为可选项）

    表达式 

    =0: 由常数系数 CORATM 给定

    =1: 由适配函数 EATM 计算

    =2: 通过乘积 CORATM * EATM 计算
    CORATM 大气层衰减的修正系数
    EATM 大气层衰减的适配函数

      

    环境和辐照度参数

    FSDNI

    直接法线辐照度的定义             

    如父工况（子工况为可选项）

    表达式 

    =0: 由参数 DNI 给定

    =1: 取自指数为 ISUN 的太阳组件            
    DNI 接收器光圈上的入射功率 AREC
    FSSUN

    太阳位置的定义

    如父工况（子工况为可选项） 

    表达式 

    =0: 由参数给定

    =1: 从具有指数ISUN的高级太阳模型中定义
    SHEIGHT 太阳高度角（太阳中心与地平线之间的角度）
    SAZIM 太阳方位角（北 = 0°，东向为正）
    FSWIND

    风速和风向的定义   

    如父工况（子工况为可选项）

    表达式

    =0: 由参数 VWIND 和 AWIND 给定

    =1: 取自指数为 ISUN 的上级太阳组件
    VWIND 风速（> 0，如果 FSWIND=0，则使用此值）
    AWIND

    风向（从南到北 = 0°，东向为正，数值范围为 0...360°，如果 FSWIND = 0 则使用此值)

    FADAPT

    适配多项式 ADAPT/适配函数 EADAPT 的标志

    如父工况（子工况为可选项） 

    表达式 

    =0: 不使用且不评估
    =1: 修正 ETAMAT [ETAMAT = ETAMAT * 多项式]
    =2: 计算 ETAMAT [ETAMAT = 多项式]
    =1000: 不使用，但 ADAPT 被评估为 RADAPT（减少计算时间）


    = -1: 修正 ETAMAT [ETAMAT = ETAMAT * 适配函数]
    = -2: 修正 ETAMAT [ETAMAT = 适配函数]
    = -1000: 不使用，但 EADAPT 被评估为 RADAPT（减少计算时间）
    EADAPT ETAMAT 的适配函数（输入）
    ISUN 参考太阳能数据组件的指数

      

    限制性规格值（由定日镜场和塔式太阳接收器模型使用）

    这些参数从定日镜场文件中读取并存储在定日镜场组件中。通过组件 120 和 121 之间的连接，这些数据在塔式太阳接收器组件 120 中可用。用户不能在 EBSILON 中改变这些数据，因为一个给定的定日镜场效率矩阵只对基本的几何形状有效。尽管如此，用户可以自由地手动编辑定日镜场数据文件，并将修改后的版本加载到 Ebsilon 中。

    AREC 接收器光圈面积
    QINCDES 接收器光圈中的设计截获功率
    RECELEV 接收器离地面的高度（为用户定义的模型提供）
    FRECFORM

    接收器的形式（为用户定义建模提供）

    如父工况（子工况为可选项） 

    表达式 

    =1: 圆形

    =2: 矩形

    =3: 矩形

    =4: 截顶圆锥体
    RECDIAM 接收器直径（为用户定义建模提供）

    • 圆形或环形接收器的直径
    • 矩形接收器的宽度
    • 截锥接收器的底面直径
    RECHEI 接收器高度（提供给用户定义建模）
    • 圆形接收器：直径（等于 RECDIAM）
    • 矩形接收器：垂直于水平边缘的长度（不一定是垂直）
    • 圆柱形接收器：表面管道的长度
    • 圆锥体接收器：接收器的最低点和最高点之间的垂直距离
    RECTILT 接收器倾斜角度（提供给用户定义的模型）
    • 圆形、圆柱形和矩形接收器的倾斜角
    • 截锥接收器的圆锥角
    RECVIEW 接收器视角（为用户定义的建模提供）
    • 对于圆形和矩形接收器来说，总是180°（它们是平的）
    • 圆柱形和截锥体接收器的圆柱体部分的开口角

     

    定日镜场布局假设（仅作参考）

    这些数值仅作为参考，对 Ebsilon 内的计算没有任何影响。

    HELBEAM 光束质量 EXPLAIN
    HELFOC 焦距（-1: 单个斜面范围）
    HELDENS 场密度（反射区 AREFL / 土地面积）
    HELMUL 多目标（T = 有 / F = 无）
    LATIDES 设计纬度
    HEIGDES 设计纬度
    DATETIMEDES 设计点日期 DD.MM[.YYYY]，年份为可选项
    DNIDES 设计 DNI
    REFLDES 设计镜面反射率

     

    一般来说，所有的输入需要可见。通常会提供默认值。

    更多关于输入域的颜色和描述的信息，请参见编辑组件\规格值。

    关于设计值与非设计值以及标称值的更多信息，请参见通用\接受标称值。 

     

    结果值

    QSOLAR 可用的太阳辐照度 = DNI * AREFL
    RQINC 接收器光圈上的入射功率 AREC
    ETAFIELD 有效场效率 = ETAMAT * REFL * RFOCUS * ETAWIND
    ETAMAT 从矩阵 MXFIELDEFF 得到的全跟踪清洁场效率
    RSHEIGHT 计算中使用的太阳高度角（太阳中心与地平线的角度）
    RSAZIM 计算中使用的太阳方位角（北面 = 0，东面方向为正）
    RDNI 计算中使用的 DNI
    RVWIND 计算中使用的风速
    RAWIND 计算中使用的风向
    ETAWIND 风的影响因素
    RCORATM 相对于设计点的大气衰减的修正项
    RETACOS 余弦效率（如果 MATCOS 矩阵可用）
    RETABAS 阻挡和遮挡效率（如果 MATBAS 矩阵可用）
    RETAATM 大气效率（如果 MATATM 矩阵可用）
    RETAINT 截距效率（如果 MATINT 矩阵可用）
    RFOCUS 用于 FOCUS 的值
    RADAPT ADAPT / EADAPT的结果

    物理应用

    方程式

    常规热平衡

     

    可使用的太阳能功率计算如下

    QSOLAR = AREFL * RDNI

     

    由于光学损失，在接收器中只有一小部分功率是可用的

    QINC = QSOLAR * RFOCUS * REFL * ETAMAT * ETAWIND = QSOLAR * ETAFIELD

     

    完全跟踪（RFOUCS = 1）和清洁（REFL = 1）场的定日镜场效率 ETAMAT 是通过节点之间的线性内插从二维场效率矩阵 MXFIELDEFF 中确定的。这些节点是

     

    请注意，内插程序在外推的情况下使用常量值。为了避免不切实际的效率值，请确保矩阵值以零为边界。

      

    负荷限制 / 脱焦：RFOCUS

    由于一天中和一年中有效太阳辐射的强烈变化，太阳能场的维度过大。在一年中的某些时间里，它们能够产生的热量超过了存储和电源块所能使用的热量。在这种情况下，定日镜场的一部分被从焦点中移出，以减少输入的功率。对于功率限制，连接的接收器模型中的值被评估。用户有几种可能通过标志 FLIMIT 来覆盖这种影响：

     

    限制值 FOCUS（使用管道焓值）、T2MAX、H2MAX、X2MAX、M2MAX 和 QMAX 可由规格值（FLIMITS = 0）或通过逻辑管道"2"提供。

     

    风对光学性能的影响：ETAWIND

    在风负荷下，集热器结构会变形，从而降低光学效率。这种影响用 ETAWIND 系数来表示。这里不包括溢出效应的模型或标准陈述，关于这种效应的数据十分稀少。用户有两种选择可能性：   

    对于这两种情况，可以通过参数 VMAX 来定义运行的最大容许风速。如果 RVWIND > VMAX，ETAWIND 被设置为 0，整个区域将被带离焦点。

     

    跟踪的电力消耗

    对定日镜场的跟踪需要电力。通过参数 PATRACK，用户可以指定一个特定功率的平均数值。这个值乘以反射面积 AREFL，最终得出电耗。如果太阳直射辐照度低于 100 W/m2，则该值被设置为零，因为该场不在运行中。

     

    定日镜场数据文件的结构

    要模拟的场效矩阵配置不能由 Ebsilon 自己计算，而是要由用户提供。任何定日镜场设计工具都可以用来生成场性能数据。在我们的测试中，使用了 DLR 的 HFLCAL 程序。欲了解更多信息，请联系

     

    德国航空航天中心（DLR）（Deutsches Zentrum for Luft- und Raumfahrt (DLR)）

    太阳能研究所（Institut for Solarforschung）

    点聚焦系统部门 （Abteilung Punktfokussierende Systeme）

    Peter Schwarzbözl 先生

    Linder Höhe

    51147 Köln（科隆）
    Germany（德国）

    邮件地址：peter.schwarzboezl@dlr.de

     

    定日镜场数据文件的结构是基于典型的 Windows 初始文件的结构。每一行以预定义的标识符 KEYWORD（不允许有空白）开始，后面是 "="，以及要读取的值。关键字用大写字母输入，与 Ebsilon 定日镜场组件中的变量名相同。读取的数值是一个字符串，字符串从"="之后开始，在分号或换行之前结束。在读取过程中，字符串开头和结尾的空白会被忽略。分号后面的所有文本被视为注释而不被读取。数值必须以预先定义的单位提供。

    ; Individual comments from the generating tool
AREFL=120000 ; Heliostat field reflective area
AREC=155.3   ; Receiver aperture area 
; Second comment from the generating tool
QINCDES=12000000; Design incident power on receiver
 ....

    各条目的顺序是任意的。唯一的例外是效率矩阵的定义，它以关键字 MATEFF 开始，并由矩阵值从下面一行开始继续。矩阵的第一行包含太阳方位角（度），第一列包含太阳仰角（度）。数值用逗号隔开，每行末尾换行。因此，其语法为：

    MATEFF=(8,8)   ; Rows (elevation in deg) and columns (azim in deg) of the efficiency matrix 
   , -165   , -135   , -105   , -75    , -45    , -15    , 15     , 45      LineBreak

    5  , 0.2229 , 0.2303 , 0.2485 , 0.2691 , 0.2913 , 0.3063 , 0.3053 , 0.2925  LineBreak

    15 , 0.3459 , 0.3612 , 0.3982 , 0.4377 , 0.4743 , 0.4965 , 0.4963 , 0.4757  LineBreak

    25 , 0.4167 , 0.4344 , 0.4742 , 0.5206 , 0.5591 , 0.5830 , 0.5831 , 0.5606  LineBreak

    35 , 0.4694 , 0.4865 , 0.5227 , 0.5642 , 0.5989 , 0.6209 , 0.6212 , 0.6000  LineBreak

    45 , 0.5072 , 0.5226 , 0.5529 , 0.5878 , 0.6182 , 0.6359 , 0.6363 , 0.6190  LineBreak

    60 , 0.5535 , 0.5645 , 0.5856 , 0.6097 , 0.6311 , 0.6431 , 0.6433 , 0.6314  LineBreak

    75 , 0.5936 , 0.5996 , 0.6100 , 0.6222 , 0.6328 , 0.6390 , 0.6388 , 0.6330  LineBreak

    90 , 0.6223 , 0.6223 , 0.6223 , 0.6223 , 0.6223 , 0.6223 , 0.6223 , 0.6223  LineBreak

    计算功率时需要效率矩阵。此外，其他描述不同光学效应的效率的矩阵也可以在 EBSILON 中读取和插值。格式的定义相同，并带有如下关键字：

    单一效应效率仅在提供相应矩阵的情况下计算。它们显示在结果值 RETACOS、RETABAS、RETAATM 和 RETAINT 中。而后，总体效率是四个单一效率的乘积

    ETAMAT = RETACOS * RETABAS * RETAATM * RETAINT

     

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    示例

     

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