碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究

赵小平

（神木职业技术学院，陕西神木,719300）

0 引言

碟式斯特林太阳能热发电系统是推动新能源行业出现历史性突破的重要技术，碟式斯特林太阳能热发电系统的能源转化效率高，未来的发展空间更加广阔，实践应用的能力更佳，国外的工业化进程相对于我国更快，在碟式斯特林太阳能的研究应用上更加的成熟，取得的成果也推动了社会的发展进步。因此对太阳能热发电系统的研究是十分必要的，本文论述普通斯特林太阳能发电系统的结构，展开分析传统发电机的优缺点，从而设计出离网型斯特林太阳能发电机，实现碟式斯特林太阳能小型直流发电系统脱离电网启动的功能。

1 碟式斯特林太阳能热发电系统发展现状

普通斯特林太阳能发电系统的结构比较简单，主要有盘状抛物面镜、接收器、机械转动装置、控制装置、基座和塔架等几部分组成。普通斯特林太阳能发电系统主要使用的是交流异步电机作为原动机，交流异步电机的制造工艺需要完全的按照相应的设计要求，结构化设计和制作比较复杂，需要用到特殊的材料模型，成本费用更多，同时，考虑到交流异步电机的特殊性和其他外部因素的影响，虽然普通斯特林太阳能发电系统可以方便快捷的接入电网，但是对电网的依赖性比较强，启动时作为电动机，从电网吸收能量带动斯特林发动机运转，斯特林发动机正常工作后作为发电机向电网提供能量。整个工作过程都离不开外部电网，一旦电网停电或者出现故障，发电系统将停止工作，因此稳定可靠性差，不能很好地满足未来的生产需求。

2 碟式斯特林太阳能发电系统研究过程中需要解决的实际问题

2.1 传统的系统效率低下，灵活性差

普通斯特林太阳能发电系统只采用斯特林一种发电机，在电网发生故障时需要断开系统，灵活性差，存在极大安全隐患，操作困难以及效率低下等问题，操作过程中出现的安全风险高，难以满足当今时代的发展需要。

2.2 工作人员专业能力需要加强

离网型碟式斯特林太阳能发电系统的研究人员必须具备专业的太阳能相关知识，同时清楚的了解系统的实际使用情况，深入系统运行的现场进行全面仔细的考察，充分掌握太阳能发电系统的环境因素和运行情况，才能准确的发行其中存在的问题和不足。然而部分工作人员缺乏专业机构认定的技术资质，在工作期间不能准确的发现碟式斯特林太阳能发电系统运行存在的各种安全隐患，实践经验不足，无法切实的做好系统的研究创新工作。

2.3 碟式斯特林太阳能发电系统的研究与未能充分结合现场实际

离网型碟式斯特林太阳能发电系统的研究在前期阶段要充分考虑系统运行对于电网的影响，同时也要根据现场的实际情况针对性的做出科学合理的设计，针对电网运行和周围的环境安全进行科学的规划，在使用过程中要充分考虑可能会对电网产生的影响，提高离网型碟式斯特林太阳能发电系统运行的稳定性和抗干扰能力，根据现场的环境设计科学有效的离网型碟式斯特林太阳能发电系统，避免产生更加严重的电网事故。

3 碟式斯特林太阳能热发电系统的研究

3.1 工作原理

碟式斯特林太阳能热发电系统的基本工作原理是利用系统从高温热源吸收的热量，膨胀做功，向低温热源放热并收缩，再次从热源吸收热量，循环上述过程，最终产生源源不断的热能，在每次循环过程中，工质吸收的热能转化为机械能，而工质做功过程中通过活塞的往复运动又带动发电机进一步将机械能转化为电能。

碟式太阳能斯特林发电系统的原理如图1所示。

图1 碟式太阳能斯特林发电系统

3.2 优缺点分析

把斯特林发动机作为原动机来进行热电转换，能够充分的利用太阳能为人们的生产生活服务，未来具有和好的实践推广和应用价值。斯特林发动机作为碟式太阳能热发电系统的核心组件，它内部组成主要包括集热器、回热器和冷却器，斯特林发动机具有振动小、噪音低、排放低，结构简单、单机容量小，燃料选材广泛，热能效率高等优点，而且出力和效率不受海拔高度影响，能适应各种地区的环境。

斯特林发动机的优点很多：斯特林发动机可以利用太阳能作为供热源，清洁高效无污染污染；斯特林发动机由于没有一般内燃机气阀机构和进排气系统所产生的强烈噪声，所以具有低噪声的特点。

考虑到交流异步电机的局限性，在此提出一种基于直流发电机的离网型碟式斯特林太阳能发电系统，作为一个独立的系统，发电设备的运转不依赖于外部电网，既可以脱网使用，也可以并网使用。

4 离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统设计

4.1 组成结构

离网型碟式斯特林太阳能发电系统由碟面跟踪系统、斯特林发动机、直流发电机、启动机、控制系统、逆变器、直流电源和AC380V电网组成，其组成结构图如图2所示。

图2 离网型碟式斯特林小型太阳能直流发电系统

从结构图中可以看出：

（1）离网型碟式斯特林太阳能发电系统中的斯特林发动机和直流发电机直接相连，直流发电机配置有启动机和DC12V电源，直流发电机通过锂电池包和逆变器连接电网。控制系统分别连接碟面跟踪系统、斯特林发动机、直流发电机和启动机。

（2）控制系统和碟面跟踪系统配置有DC48V电源。碟面跟踪系统由碟式聚光器、支撑结构、水平运转驱动机构和垂直运转驱动机构组成。碟面跟踪系统由聚光碟、水平运转驱动和垂直运转驱动、支撑结构组成，在控制系统的指挥下实时调整姿态，追踪太阳。控制系统是整个发电系统的核心，除了控制碟面跟踪系统追踪太阳之外，同时控制斯特林发动机和直流发电机的启动、停止和功率调节，保证稳定的电能输出。

（3）启动机为12V通用汽车启动机，由12V蓄电池供电，通过发电机输入轴启动发动机。DC450V锂电池包的主要作用是稳定逆变器的输入电压，同时为发电机提供励磁，能够平衡发电机发电功率的波动，起到缓冲平滑的作用。逆变器输入450V直流电源，输出三相380V恒压、50Hz恒定频率的交流电，可以供本地用电负荷使用，也可以并入电网后供远方供电负荷使用。

4.2 系统优缺点分析

离网型发电机组在原动机做功时，机组输出电能到蓄电池和负载，否则由蓄电池给负载供电，其主要优点有：

（1）移动性好：可以根据需要，就近实现机组的安装，减少传输线路的损耗；

（2）多能互补：可以实现风能、生物质能源和太阳能等多种能源的互补发电；

（3）量身定做：可根据要求调节发电机组的电压、频率和功率，使发电效率提高。

5 促进离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统发展应用的有效举措

5.1 完善相关研究标准

制定科学有效的离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统研究方案，并根据离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统在电网中的运行作用进行实践研究，完善相关研究标准，落实全体研究人员的具体责任，认真完成自身的工作任务。研究的前期要全面考虑整体运行性能，还要考虑可能出现的问题以及对电网产生的影响，确保离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统能够有效的保障电网安全可靠运行。

5.2 提升全体研究人员的专业能力

人才对于研究工作是极其宝贵的，尤其是离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究对于研究人员要求极为严苛，首先需要研究人员具有高学历，最好是电力系统方面的专业人才，能够对碟式斯特林太阳能发电系统的运行情况作出科学有效的分析，研究人员需要具备专业技能，在离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究中可以提出行之有效的策略解决实际的效率低下，灵活性等难题，研究人员还需要具备学习能力，在离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统研究时能够与时俱进，有效的提升离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的现代化运行水平。

5.3 离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究需要因地制宜

碟式斯特林太阳能发电系统运行的环境相对比较复杂，各种高压设备会产生强烈的电场影响离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的的运行，所以，在设计阶段要科学合理的安放离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的位置，明确离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统运行的具体作用，确保离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统能够发挥价值和作用。离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究需要因地制宜，充分结合整个电力系统的运行情况开展研究设计，在满足电力系统运行需求的前提下加强离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究，确保离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统能够科学高效的为电力系统的运行服务。

5.4 激发研究人员主动创新意识

离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究需要采用的现代化技术和设备，对研究人员的创新创造能力要求较高，管理者要充分激发研究人员的创新创造意识，培养研究人员主动学习和实践研究的能力，研究人员要充分发挥自身的主观能动性，利用创新的方法使得离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究与应用别出心裁，积极发挥自身的价值，确保离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统满足电网运行的要求，同时确保离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统使用的科学性、合理性，推动我国电力行业的进一步发展创新。

6 结束语

随着社会对于电网运行的要求越来越严格，离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的研究将会在未来的电网运行中发挥着重要的作用，国家将会投入更多的资源支持研究人员的工作，鼓励研究人员主动学习国内外相关知识和先进的技术，深入现场积累实际的研究经验，充分发挥广大研究人员的个人才能，采用创新性技术确保离网型碟式斯特林太阳能小型直流发电系统的运行灵活可靠，运行高效，推动我国能源事业发展再创新辉煌。