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CPV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置結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,獲得具有最小質(zhì)量的跟蹤裝置結(jié)構(gòu)。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：TK513.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的來源和研究的目的及意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究的目的及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 聚光光伏跟蹤裝置形式
        1.2.2 聚光光伏跟蹤裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.3 離散變量的跟蹤裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    1.3 課題研究的主要內(nèi)容
第二章 聚光光伏跟蹤裝置結(jié)構(gòu)及優(yōu)化思路
    2.1 CPV組件布置方式
    2.2 聚光光伏跟蹤裝置結(jié)構(gòu)
        2.2.1 支承支架
        2.2.2 立柱
    2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化整體思路
        2.3.1 整體思路
        2.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序系統(tǒng)流程
    2.4 本章小結(jié)
第三章 跟蹤裝置變形分析
    3.1 風速確定與載荷分析
        3.1.1 工作風速確定
        3.1.2 不同高度角的跟蹤裝置
        3.1.3 風載分析
    3.2 跟蹤裝置變形分析
    3.3 本章小結(jié)
第四章 CPV組件表面風壓曲面函數(shù)擬合
    4.1 基于CFX的流場分析概述
    4.2 CPV組件流體仿真
        4.2.1 組件模型和流體分析模型的建立
        4.2.2 模型網(wǎng)格劃分
        4.2.3 邊界條件設(shè)置與求解
        4.2.4 CPV組件模型求解
    4.3 CPV組件表面風壓輸出
    4.4 CPV組件表面風壓曲面函數(shù)擬合
    4.5 本章小結(jié)
第五章 跟蹤裝置結(jié)構(gòu)有限元分析
    5.1 ANSYS有限元分析軟件簡介
    5.2 結(jié)構(gòu)分析模型的建立
        5.2.1 支承支架有限元模型
        5.2.2 立柱有限元模型
    5.3 跟蹤裝置結(jié)構(gòu)靜力學分析
        5.3.1 支承支架靜力學分析
        5.3.2 立柱靜力學分析
    5.4 跟蹤裝置轉(zhuǎn)角計算
    5.5 本章小結(jié)
第六章 跟蹤裝置遺傳算法優(yōu)化設(shè)計
    6.1 遺傳算法簡介
        6.1.1 遺傳算法概念
        6.1.2 遺傳算法特點
        6.1.3 遺傳算法基本優(yōu)化步驟
    6.2 優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型概念
        6.2.1 優(yōu)化問題的數(shù)學描述
        6.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學描述
    6.3 跟蹤裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學模型的建立
        6.3.1 設(shè)計變量的選擇
        6.3.2 約束條件的處理
        6.3.3 跟蹤裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學模型
    6.4 跟蹤裝置遺傳優(yōu)化設(shè)計
        6.4.1 設(shè)計變量的選取
        6.4.2 設(shè)計變量的編碼
        6.4.3 遺傳優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)
    6.5 優(yōu)化結(jié)果
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 論文總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
致謝
研究生期間發(fā)表的論文

【參考文獻】

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本文編號：2877786