光伏光熱一體機(jī)聚光單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘要】：光伏光熱一體機(jī)采用聚光跟蹤技術(shù)，把數(shù)倍太陽光匯聚到光伏電池上，提高了單位面積光伏電池的發(fā)電量；采用層壓工藝，將光伏電池與熱交換器層壓成一體，確保光伏電池的工作溫度低于60℃，保證光伏電池得到較高光電轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，又獲取無法轉(zhuǎn)化為電能的光熱，從而實(shí)現(xiàn)光伏和光熱的綜合利用。聚光單元作為光伏光熱一體機(jī)的主要部件，影響著光伏光熱一體機(jī)的工作性能，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證其工作性能和使用壽命，都有著重要的工程意義。 根據(jù)課題的需要，主要對(duì)以下幾個(gè)方面展開了研究： 1）光伏光熱一體機(jī)聚光單元有限元模型的建立與靜強(qiáng)度分析。運(yùn)用Hypermesh和ANSYS Workbench進(jìn)行聯(lián)合仿真，建立聚光單元的有限元模型，并進(jìn)行靜態(tài)分析。在垂直光伏組件方向8級(jí)大風(fēng)等效均布載荷作用下，對(duì)聚光單元進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度分析。 2）在垂直光伏組件方向8級(jí)大風(fēng)等效均布載荷作用下，對(duì)聚光單元的關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)變電測(cè)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)靜強(qiáng)度分析的結(jié)果，選取聚光單元上的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)行應(yīng)變電測(cè)實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)比靜強(qiáng)度分析的結(jié)果，校核有限元分析模型，從而得到可靠的有限元模型；最后考慮重力作用，運(yùn)用該有限元模型，分別在垂直光伏組件方向的等效8級(jí)風(fēng)載和等效12級(jí)風(fēng)載作用下，對(duì)聚光單元的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了分析。 3）聚光單元的動(dòng)態(tài)分析。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，在ADAMS中建立聚光單元虛擬樣機(jī)模型，對(duì)聚光單元在水平方向等效8級(jí)風(fēng)載作用下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，算出聚光單元運(yùn)動(dòng)過程中的最大受力位置，然后對(duì)其進(jìn)行動(dòng)強(qiáng)度和剛度分析。 4）光伏光熱一體機(jī)聚光單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用ANSYS Workbench中的DesignXplorer模塊，對(duì)一體機(jī)聚光單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化聚光單元中鏡架懸臂梁、鏡架支撐鋼管和鏡架連接塊的尺寸，在保證聚光單元強(qiáng)度和剛度的前提下，減少聚光單元的耗材，減輕了聚光單元的重量，降低了成本。 通過以上研究，對(duì)現(xiàn)有光伏光熱一體機(jī)聚光單元的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了有限元分析，在保證聚光單元工作性能的前提下，對(duì)聚光單元進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而降低聚光單元的重量達(dá)8.0%左右，減少聚光單元鋼材消耗11.2%左右。 【關(guān)鍵詞】：聚光單元 有限單元法 強(qiáng)度 應(yīng)變電測(cè) 虛擬樣機(jī) 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-13
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 光伏光熱聯(lián)用系統(tǒng)（PV/T）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容11-13
• 第2章 光伏光熱一體機(jī)聚光單元13-21
• 2.1 光伏光熱一體機(jī)13-14
• 2.2 聚光單元14-17
• 2.2.1 聚光單元聚光光路圖及其相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定14-16
• 2.2.2 聚光單元的主要結(jié)構(gòu)16-17
• 2.3 聚光單元的主要技術(shù)參數(shù)與主要設(shè)計(jì)要求17-18
• 2.4 聚光單元的受載分析18-20
• 2.4.1 幾種風(fēng)載情況18-19
• 2.4.2 風(fēng)壓的計(jì)算19-20
• 2.5 小結(jié)20-21
• 第3章 光伏光熱一體機(jī)的靜強(qiáng)度分析21-30
• 3.1 有限單元法21
• 3.2 有限單元法的應(yīng)用軟件介紹21-22
• 3.3 聚光單元有限元模型的建立22-24
• 3.3.1 建立有限元模型的基本原則22-23
• 3.3.2 聚光單元有限元模型的簡(jiǎn)化23-24
• 3.4 聚光單元的有限元分析24-28
• 3.4.1 在 Pro/E 中創(chuàng)建實(shí)體幾何模型24
• 3.4.2 在 Hypermesh 中創(chuàng)建有限元網(wǎng)格模型24-25
• 3.4.3 與 ANSYS Workbench 的聯(lián)合仿真25-28
• 3.5 小結(jié)28-30
• 第4章 聚光單元的靜態(tài)強(qiáng)度測(cè)試30-39
• 4.1 電阻應(yīng)變測(cè)量法30-31
• 4.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備31-33
• 4.2.1 測(cè)試點(diǎn)選取31
• 4.2.2 測(cè)試系統(tǒng)組成31-32
• 4.2.3 測(cè)量電橋的選擇32-33
• 4.3 試驗(yàn)過程33-35
• 4.4 應(yīng)變電測(cè)法與有限元分析結(jié)果的對(duì)比與分析35-36
• 4.5 校核后有限元模型的強(qiáng)度分析36-38
• 4.6 小結(jié)38-39
• 第5章 光伏光熱一體機(jī)聚光單元的動(dòng)態(tài)仿真分析39-50
• 5.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)39
• 5.2 ADAMS 簡(jiǎn)介39
• 5.3 聚光單元虛擬樣機(jī)的建立39-41
• 5.3.1 幾何模型的建立39-40
• 5.3.2 虛擬樣機(jī)仿真模型的建立40-41
• 5.4 聚光單元的動(dòng)力學(xué)仿真分析41-48
• 5.4.1 自由度的計(jì)算41-42
• 5.4.2 動(dòng)力學(xué)仿真分析42-48
• 5.5 小結(jié)48-50
• 第6章 光伏光熱一體機(jī)聚光單元的聚光單元優(yōu)化設(shè)計(jì)50-62
• 6.1 聚光單元優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容50
• 6.2 聚光單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)50-58
• 6.2.1 優(yōu)化方法50
• 6.2.3 建立參數(shù)化模型50-51
• 6.2.4 聚光單元的尺寸優(yōu)化51-58
• 6.3 聚光單元優(yōu)化后的靜強(qiáng)度驗(yàn)證58-59
• 6.4 聚光單元優(yōu)化后的動(dòng)強(qiáng)度驗(yàn)證59-60
• 6.5 聚光單元優(yōu)化前后對(duì)比60-61
• 6.6 小結(jié)61-62
• 第7章 結(jié)論與展望62-64
• 7.1 工作總結(jié)與結(jié)論62-63
• 7.2 今后研究工作與展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的學(xué)術(shù)論文68

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