Hybridization of photovoltaic power generation and solar thermal power generation by combinatorial optimization

通过组合优化实现光伏发电与光热发电的混合

基本信息

批准号：
22K03875
负责人：
中村正行
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、太陽光発電と太陽熱発電のハイブリッド化を実現する装置を設計することと、最適配置問題とハイブリッド化のための多層フィルムの構造を求める組合せ最適化問題を効率よく解く手法を提案し、有効性を確認することを目的としている。2022年度は太陽軌道とヘリオスタットの配置、タワーの配置およびレシーバの配置から受光量を見積もる計算式を導出し、最適化の目的関数を定式化した。影を見積もる場合には光線追跡が必要となり影のかかる領域を時間経過と共に正確に求める解析は高コストであるため、影の元となる物体形状を離散化し、追跡本数を減らし影の投影面積を求める近似計算を導入した。影の影響を見積もる手法の有効性を確認するため、太陽電池パネルを任意形状敷地内に最適配置する問題において影による受光量の減少を受光量最大化を行う目的関数に組み込んで最適化を実施した。これにより本研究の最適化計算を効率的に実施するために重要である次のような知見が得られた。影の影響による受光量の低下を避けるような配置が得られた。さらに、影がかかることによる受光量の低下は全体の受光量に比べ少ないため、太陽電池パネルの台数が増加するように配置されることが分かった。ヘリオスタットの配置問題に影の影響を組み込む際には、単純にヘリオスタットの詰め込み問題とならないようにヘリオスタットの影の影響を同時に組み込む必要があることが示唆された。以上の得られた知見をまとめ、学会講演会にて2件の研究発表を行った。なお、これまで課題として認識できていなかったタワーへの反射を別のヘリオスタットが遮ってしまう現象であるブロッキングの影響も目的関数に組み込む必要があることが分かった。次年度は、当初の計画に加えて目的関数の改良にも取り組む。

本研究提出了一种实现光伏发电和光热发电混合的装置的设计方法，并有效地解决了确定混合用多层膜结构的最佳放置问题和组合优化问题。确认有效性。 2022财年，我们导出了估算从太阳轨道、定日镜布置、塔布置和接收器布置接收到的光量的计算公式，并制定了优化目标函数。估计阴影需要光线追踪，而随着时间的推移准确确定阴影区域的分析成本很高，因此我们离散化作为阴影源的物体的形状，减少痕迹数量，并减少阴影的投影面积引入了近似计算来求。为了确认阴影影响估计方法的有效性，在优化放置问题中，将由于阴影而导致的受光量减少纳入到使受光量最大化的目标函数中进行优化。任意形状的太阳能电池板都可以。因此，我们获得了以下知识，这对于有效实施本研究的优化计算非常重要。获得了避免由于阴影的影响而接收到的光量减少的布置。此外，还发现由于阴影而导致的受光量减少量小于受光总量，因此可以增加太阳能电池板的数量。有人建议，在将阴影的影响纳入定日镜放置问题时，需要同时纳入定日镜阴影的影响，这样问题才不会简单地成为定日镜封装问题。我们总结了上述发现，并在学术会议上做了两次研究报告。此外，人们发现有必要将阻挡效应纳入目标函数，阻挡效应是另一个定日镜阻挡来自塔的反射的现象，直到现在这还没有被认为是一个问题。明年除了原计划外，我们还将致力于完善目标函数。