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Desert landscape with hundreds of motion controlled solar-tracking heliostat panels and Brightsource technologies.
Desert landscape with hundreds of motion controlled solar-tracking heliostat panels and Brightsource technologies.

 

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      BRIGHTSOURCE能源:定日镜技术指明太阳能发展之路


      随着石油和天然气的价格不断上涨,企业不断开始寻找能够替代化石燃料的其他资源,例如太阳能。然而,对于这种看似不太可靠的能源,我们还有一个问题:我们如何以更节能、更具成本效益的方式,充分利用太阳光线的能量,以获得更大的能量价值?

      Brightsource corporate logo.

      BrightSource Energy, Inc.能够回答这个问题:采用运动控制定日镜,跟随太阳移动,捕捉最大数量的太阳能输出。我们很多人都很熟悉安装在屋顶上的太阳能电池板,它利用光伏电池捕捉太阳光线并将其转化为电能。BrightSource使用定日镜(一种不同类型的面板),该镜面由电机控制,将太阳光线导向水塔,加热水塔中的水,然后在聚光太阳能(CSP)系统中高效生成可再生能源。

      BrightSource设计、开发和部署聚光太阳能热技术,为全球电力、石油和工业流程市场提供高价值蒸汽。BrightSource将突破性技术与出色的太阳能热电厂设计能力相结合,可靠且负责地生产清洁能源,同时尽可能降低对环境的影响,帮助客户实现清洁能源目标。

      面临什么挑战?找一家公司来提供更节能的运动控制技术,以捕捉太阳的巨大能量。

      经证实,ADI公司及其ADI Trinamic™运动控制技术能够应对该挑战。

      概览

      公司

      BrightSource将突破性的太阳能技术与先进的存储、实现和优化能力相结合,成为CSP领域的先驱者。BrightSource通过利用和管理可再生能源,为CSP提供热能存储,以产生洁净、可靠且经济的太阳能。

      目标

      成功获取和利用优化比例的太阳光线,获得更高的能源价值。

      挑战

      需要准确地移动定日镜,将太阳光线准确导向水塔,加热水塔内的水,在CSP系统中高效产生可再生能源。

      解决方案

      ADI Trinamic TMC5130 IC。BrightSource之所以选择这款IC,是因为其电路板、成熟的商业用途和特殊功能,集成诸多运动控制算法节省开发周期,提高可靠性;特别是因为其采用了CoolStep™节能技术和StallGuard™无感负载检测技术。

      90分钟
      太阳的能量可以为全球供电一年

      聚光太阳能系统的工作原理

      CSP是一款复杂且精妙的机械设计,用于生产和存储热能,进而进行发电。典型的CSP发电厂包含数万个定日镜,它们安装在双轴跟踪器上,会跟随太阳移动,将太阳能量导向中央塔顶部的熔盐接收器(MSR)。该塔将熔盐传输到一个储罐中,这个储罐就相当于一个巨大的充电电池。然后,熔盐流入热交换器,产生蒸汽,并转动涡轮发电机,同步为电网输送可靠且可再生的电能。

      Illustration depicting how the sun's rays are leveraged into reliable and renewable energy.
      利用太阳光线提供可靠、可再生能源。
      1. 定日镜动态跟踪太阳捕捉太阳光线,并将太阳光集中导向水塔上的熔盐接收器(MSR)。
      2. 接收器内部的熔盐吸收太阳能,升温至超过1000˚F (538˚C)。
      3. 熔盐存储在储罐中,该储罐就像是一个巨大的充电电池。
      4. 然后,熔盐流经热交换器,产生蒸汽,转动涡轮发电机。
      5. 将生成的可再生、可靠的电能输送至电网。

      这是一个值得称道的可再生太阳能示例

      BrightSource目前运营着美国最大的太阳能热电站,也就是位于莫哈韦沙漠的伊凡帕太阳能发电系统。这个规模庞大的项目包含17.3万个定日镜,产生392 MW电能,足以为南加州100,000+户家庭供电。此外,BrightSource还在南非的红宝石项目中使用了ADI的TMC5130,该项目包含4.2万个定日镜。

      BrightSource能生成如此大量的清洁能源,关键在于确保其太阳能板定日镜能够根据太阳在天空的位置移动。如此,它们可以直接在板上捕捉100%浓度的太阳光线。为了实现这一目标,这些定日镜必须使用运动控制电机来准确跟随太阳的轨迹,TMC5130具有的Coolstep节能专利技术可以将电机自身对电能的消耗较常规驱动方案降低70%,此外Stallguard专利可以感知镜面的负载变化。

      BrightSource面临的挑战在于:要与能够提供极其准确的运动激活技术的公司合作,并将该技术部署到数千个定日镜上。更重要的是,这项技术必须满足某些非常严格的要求:能够经受不可预测、严苛的气候条件;尺寸小巧,能够安装在有限的板空间内;非常节能高效;当然,还要能提供稳定、可靠、极其准确的结果。

      ADI TRINAMIC:将清洁太阳能投入使用

      BrightSource对ADI在技术创新方面的声誉早有所闻,尤其是其ADI Trinamic运动控制技术。这促使BrightSource选择使用ADI Trinamic TMC5130 IC来自主为他们的太阳能电池板电机开发驱动器。BrightSource之所以选择这款IC,是因为该IC采用了CoolStep和StallGuard技术,能够为应用提供更多功能和更高效率,且无需使用额外的组件。
      Animated visual describing how heliostat technology controls the motion of panels to move with the sun's path.
      ADI Trinamic运动控制技术使定日镜跟随太阳的轨迹移动。
      “对于ADI及其在整个过程中提供的丰富的研发支持,我们非常满意。我们希望能与ADI持续合作。ADI公司富有洞见和专业知识,它决不仅仅只是一家芯片提供商。”

      Eitan Greenwald

      BrightSource,高级硬件工程师兼团队负责人

      提高可靠性和效率,降低安全裕度

      ADI TRINAMIC COOLSTEP技术

      采用ADI Trinamic之后,BrightSource获得了提高其整体的可持续性和发电目标所需的能源和能源效率。对于BrightSource来说,ADI Trinamic CoolStep功能非常重要,因为控制电机的装置是由12 W PV板和36 Wh备用电源供电,所以能效是一个重要的运营因素。

      CoolStep最初是开发用于医疗设备和实验室自动化应用,是一种无传感器、依赖于负载的电流控制技术,始终以实际负载条件所需的最小功率驱动电机。如此,该技术帮助降低电机能耗和产生的热量。此外,通过消除电流安全裕度,允许电流临时升高,使得所需的扭矩储备粮更低,CoolStep因此能使用更小的电机。

      ADI TRINAMIC STALLGUARD技术

      ADI Trinamic StallGuard功能是针对步进电机的一种无传感器负载测量,这使得BrightSource能够对需要进行高度可靠的移动的定日镜进行负载检测。StallGuard提供有关负载角度诊断的经济高效的反馈,且能够对敏感性数据实施调节,以符合应用的需求。这使其非常适合用于进行无传感器自动导引、自校准和远距离测量,或验证所有机械是否仍在安全裕度内运行。

      在标准步进电机驱动器中集成无传感器负载检测功能之后,则无需再使用基准电压源或限位开关,且降低了需要使用高精度基准电压源应用的成本和复杂性。正常情况下,开环步进驱动器在过载情况下会因为失速而无法进行步长计数;例如,在轴被卡住时。StallGuard可以防止步数丢失,在达到设置的负载值时,让电机停止运行,以保持步数的完整性。这项无传感器技术能够检测多达1024个不同的负载电平,能够持续监测系统,提供高分辨率反馈。

      太阳能技术的前景一片光明

      Heliostat panels and a brightly lite solar power receiving tower.

      随着发挥太阳能影响的技术不断发展和进步,清洁、丰富的太阳能有望逐年呈指数增长。ADI和BrightSource之间的这类合作将对太阳能的推广和(成为主流)应用产生重大影响。

      这种合作催生了一种双管齐下的可持续发展方法:ADI通过极其准确、节能的组件提供技术专业知识和系统解决方案;BrightSource提供极为高效和强劲的太阳能来降低人们对化石燃料的依赖。