微型抛物槽式太阳能集热器集热特性研究

为将太阳能集热器与建筑结合,提高集热品位,满足中温热能需求,设计了一款聚光比为3.4、高度仅为120 mm的微型抛物槽式集热器,建立了该集热器的热力学理论模型和计算流体动力学(CFD)仿真模型,研究了集热特性,并从太阳辐照度、入口工质温度、进口工质流速、环境温度等方面探讨相关操作参数对集热温度和集热效率的影响规律。研究发现太阳辐照度以及进口工质温度是影响热效率的主要因素,而工质流速、环境温度对该集热器热效率影响较小,集热器瞬时热效率可达67.23%,循环加热的工质温度在200℃以内,平均热效率较高。且在辐照度较弱的天气仍能良好运行,既能提供中温热能,克服不良环境因素的影响,又实现了太阳能建筑一体化。     

建筑物平屋顶圆柱吸热体真空集热管能量收益的研究

对北纬 4 0°水平面东西轴向和南北轴向及倾角与纬度相同朝南放置南北轴向三种不同放置方式单位长度圆柱吸热体真空集热管的日能量收益及其年能量收益变化进行了研究 .结果表明 ,水平面东西轴向和南北轴向的圆柱吸热面真空集热管不论是日能量收益还是年能量收益都小于倾角为 4 0°朝南放置南北轴向的情形 ,特别是南北轴向管冬季能量收益明显要低 .利用水平面太阳能资源的最佳安放方式为东西轴向真空管 .     

一种新型渗透式太阳能空气集热器的热性能研究

设计制作了一种新型平板型、渗透式太阳能空气集热器,介绍了该集热器的结构、尺寸及工作原理,并以该集热器为研究对象,建立了数学模型,进行了实验测试.结果表明,在辐射水平较高且稳定、风速较小的测试条件下,该集热器的性能稳定,集热效率和出风温度较高,具有一定的推广与应用潜力;同时,所建数学模型准确可靠,可用来对集热器进行模拟分析.     

新型太阳能空气集热器性能研究及供暖测试

太阳能作为清洁可再生能源在供暖领域得到越来越多的应用,集热器作为太阳能热利用的核心部件在供暖方面发挥了重要作用。为了获得新型双通真空管太阳能空气集热器热性能,通过搭建测试平台对其进行试验研究。试验结果表明：新型双通真空管太阳能空气集热器,热性能较优,集热器平均瞬时集热效率为66.7%,与普通空气集热器相比,效率更高;集热器热损较小,最大为2.092 W/（m2·℃）。基于该集热器组成太阳能+电加热联合采暖系统,并对不同天气条件下单独采用该集热器的太阳能供暖系统的运行效果进行初步测试分析,结果表明:单独使用该集热器进行供暖的房间,当太阳辐照强度持续大于250 W/m2,集热器出风温度高于30 ℃,室内温度高于16 ℃的时长可达6～7小时,可满足白天大部分时间段供暖需求,供暖效果较优。研究结果可为太阳能空气集热器供暖系统在农村地区的应用及推广提供参考。     

吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理研究

太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式,吸热器是太阳能热发电系统中用于聚光太阳辐射能与热能转换的核心部件。根据聚光器类型、传热介质、运行压力和温度的不同,吸热器主要有真空管式和腔体式两种类型。该课题针对极端条件(时空分布随机变化的高温、高热流密度),以提高吸热器吸热效率为目的,研究吸热器内辐射-导热-对流耦合的传热机理,构建设计各类吸热器需要遵循的理论架构,设计新型高效稳定的吸热器。该课题的研究对太阳能热发电的规模化进程具有非常重要的意义。实现了基于蒙特卡罗光线追踪法的自编数值模拟程序,获得了槽式、塔式和碟式吸热器吸热面上的聚焦太阳能流分布,实现了蒙特卡罗光线追踪法和用于求解流动传热问题的有限容积法的耦合,研究了太阳辐射由镜场到吸热器的一体化传播过程。研究了槽式太阳能吸热器内的流动换热特性,建立了槽式DSG集热器的稳态传热计算模型和动态模型,开发了两类管内强化传热技术;基于DSMC方法建立真空管空气夹层内稀薄气体传热模型;耦合管内对流传热、管壁导热、真空夹层稀薄气体传热及辐射传热、管外对流传热及辐射传热,可望建立真空管吸热器的跨尺度传热模型的数值预测方法。建立了腔式水工质吸热器和腔式熔融盐吸热器吸热性能的数学模型,获取了吸热器内部热流密度和吸热管道温度的分布规律以及吸热器的热损失。结合腔式吸热器热性能的数学模型,提出了由吸热器所需净能量推算吸热器开口所需太阳光能量的计算模型,发展了腔式吸热器启动过程性能模拟的数学模型,获得了吸热器启动过程开口所需能量数据曲线,吸热器启动过程的效率曲线和热损失曲线。研究了高温高压下空气吸热器内复杂耦合换热机理,分析了安装倾角、入口工质温度与质量流量等重要参数对有压腔式吸热器换热性能的影响;运用十四面体模型模拟多孔材料的内部结构,研究了多孔吸热结构内的对流传热特性。设计了搭建了太阳能空气吸热器实验平台,采用氙灯阵列模拟太阳辐射,多孔吸热材料表面可接受的辐射功率范围可达10 k W,热流密度可达2×106 W/m2;设计搭建了槽式DSG太阳能热发电实验研究系统,设计压力10 MPa、温度400°C,利用该实验系统除了对槽式DSG热发电系统进行试验研究外,还能对槽式热发电的集热器、聚光器的性能进行测试。     

抛物面槽式太阳能集热器热性能稳态与动态测试方法的比较

抛物面槽式太阳能集热器热性能测试主要可以分为稳态和动态测试2种方法,依据二者所采用的物理模型,比较它们的应用范围,并且分析各自的优缺点.基于北京延庆实验平台测得的天气和集热器运行数据,运用最小二乘法进行模型的多元回归,得到稳态测试模型和动态测试模型的判定系数分别为0.58和0.96.研究表明:对于稳态测试方法,虽然物理参数少,但测试条件要求极高,只能在特定的实验装置上进行,不适合于实际运行方式下的槽式集热器;而动态测试方法充分考虑集热器的光学响应和热容特性,因此很大程度上降低了测试条件,使现场规模化槽式集热器热性能测试成为可能,是未来标准测试方法的发展趋势.     

聚焦型太阳能集热器的研究进展

聚焦型太阳能集热器具有热能吸收密度高、运行效率好的优点,是目前国内外太阳能资源开发利用常用的装置。该文总结了抛物面槽式、菲涅尔透镜、菲涅尔反射镜和复合式四种典型聚焦型集热器的特点和研究进展,有助于聚焦型太阳能集热器的进一步优化和推广。     

槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成

为了研究槽式太阳能集热与燃煤热发电的高效集成方法,基于槽式太阳能集热器的最佳运行条件,建立300 MW燃煤机组与太阳能集热的混合发电系统,理论分析混合发电工况下机组的热力学性能和热经济性.结果表明,太阳能辐射强度为600 W/m2时,槽式集热器的最佳运行温度为306.55℃;300 MW燃煤发电机组中,离开槽式集热器的热水直接与回热器的热水混合时,太阳能热水与进入3#回热器的热水混合是槽式集热器与燃煤发电机组集成的最佳方案,此时太阳能热发电效率达到23.60%,节省煤耗5.53 g/(kW.h).     

微通道太阳能平板集热器的集热性能试验

为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.     

与建筑一体化的墙体型太阳能集热器

为了解决太阳能供暖设备与建筑一体化问题,发明了"与建筑一体化的墙体型太阳能集热器",并试制实物样机.该集热器的采光面是由上下呈锯齿形的不锈钢波纹(三角形)板的大面组成,将透明的三角形波纹板敷设在不锈钢波纹板之上并保持一定间距,再通过塑钢方框进行组装密封,制成墙体型太阳能集热器.工作时,采光面将吸收的热量传导给三角形腔体内的液体工质使之汽化,蒸汽通过保温换热水箱内部的冷凝管凝结为液体,回流到集热器的三角形腔体内如此反复,实现了集热和换热的自循环.试验表明:该集热器不仅提高了热效率,而且还替代了部分墙体.应用该集热器可以实现太阳能与建筑一体化.     

入射偏角对非跟踪复合抛物面聚光器性能影响

为了降低复合抛物面聚光器对跟踪精度的要求,提高其在集热过程中的光热转化能力,探究入射偏角对新型复合抛物面聚光器非跟踪工况时光热性能的影响机制。理论分析该聚光器在集热过程中的能量转化关系,并利用光学仿真软件TracePro研究入射偏角对聚光器光学性能的影响规律;在此基础上搭建非跟踪复合抛物面聚光器性能测试试验台,在实际天气条件下测试分析聚光器光热性能随径向入射偏角的变化规律。结果表明：当光线正入射时,聚光器的光线接收率与聚光效率分别为100%和83.42%;当径向入射偏角α为16°时,该聚光器的光线接收率与聚光效率分别为53.00%和44.82%;当轴向入射偏角β为30°时,光线接收率与聚光效率分别为88.74%和74.42%;在空气流速为3.7 m/s时,聚光器的最高出口温度与瞬时集热量分别为31.3℃和782.8 W,分别比聚光器接收上偏10°和下偏10°入射辐射时提高了3.7、6.1℃和131.0、217.9 W;该聚光器接收正入射辐射时的平均光热转化效率为77.45%,比接收上偏10°和下偏10°入射辐射的平均光热转化效率高42.14%和52.97%。     

相变蓄能抗冻太阳能平板集热器的设计与研究

提出一种具有抗冻功能的相变蓄能太阳能平板集热器。该集热器在吸热板与保温层之间增加了一层相变潜热大、相变温度为277.15~281.15 K的相变蓄能材料。根据该集热器的传热机理,给出计算相变蓄能层设计厚度的公式。采用ANSYS Fluent软件建立该集热器的三维非稳态模型,模拟不同工况下集热器的出口温度及其内部水的最低温度。研究结果表明:在冬季环境温度最低日,相变蓄能抗冻集热器内水的最低温度高于275.15 K,能很好地起到抗冻作用;相变蓄能抗冻集热器与相同结构的普通集热器相比,冬季阴天和晴天代表日的净得热量分别高1.3 MJ/m~2和0.7 MJ/m~2。     

太阳能PV/T空气集热器干燥性能实验研究

采用太阳能光伏光热(Photovoltaic/thermal,PV/T)空气集热器收集太阳辐射并转化为热能和电能,为干燥系统提供能量.以玫瑰花为干燥物料,通过实验探究了太阳能PV/T空气集热器的热、电特性以及玫瑰花的干燥特性.实验结果表明晴天工况下该集热器的热、电效率和综合效率分别为32.06%、7.66%和45.93%,其所产电能能够满足5个6 W的直流风机运行15.74 h,且干燥4.04 kg的玫瑰花所需的能量能够完全由太阳能提供.     

一种CPC型热管式太阳能集热器的实验研究

将复合抛物面聚光器（CPC）和热管平板式集热器相结合，研究了一种以平面形吸热板为接收器的CPC型热管式太阳能集热器．采用碘钨灯模拟太阳光辐射，在不同辐射强度下，对CPC型热管式太阳能集热器和普通热管平板式太阳能集热器的集热温度、瞬时效率、平均效率及平均热损系数等热性能进行了对比实验研究．研究结果表明：与普通热管平板式太阳能集热器相比，CPC型热管式太阳能集热器不但提高了集热温度和集热效率，而且降低了热损失．这一研究结果为太阳能集热器的进一步发展提供了有意义的参考．     

新型平板式集热器的设计和性能

设计了一种易与建材形成一体的平板式太阳能集热器．该集热器的芯板和外框采用耐腐蚀铝合金，挤压成型，无焊接点，抗腐蚀性极好；结构比较薄，质量轻，整体性和刚度较好；各部件间采用非永久固定接合，给安装、拆卸、维修和更换带来很大便利；太阳能吸收面采用高吸收率微细复合涂料．测试结果表明，该集热器的平均集热效率在50%以上．     

多曲面槽式聚光太阳电池电热联供系统性能研究

介绍了一种多曲面槽式太阳能聚光器的工作原理,对该装置进行了三维建模,利用光学分析软件对该聚光器安装平板式太阳电池进行光线追迹分析,直观地再现了聚焦光线的分布.基于该多曲面槽式聚光系统,提出一种新型的聚光太阳电池电热联供系统(TCPV/T).该系统能够有效利用太阳辐射能量,提高太阳电池输出电功率、光电转换效率,并将太阳电池产生的热量有效回收,实现聚光发电系统对外输出电能、热能.构建了多曲面槽式聚光多晶硅太阳电池电热联供实验系统.实验结果表明,在约3倍太阳聚光作用下,与非聚光平板电池、安装于同一聚光器内的太阳电池输出电功率相比,聚光电热联供系统输出最大电功率分别提高了96.4%和64.2%,系统综合性能效率达到62.8%.     

槽式聚光集热驱动吸收式空调系统研究

以太阳能单效吸收式空调系统为研究对象,选用太阳能槽式聚光集热器与溴化锂单效吸收式制冷机对100m2会议室进行夏季制冷、冬季制热、春秋季提供必要的生活热水性能分析.结合昆明当地气候条件和该会议室结构、朝向等因素对所选会议室进行全年能耗分析,结果为夏季冷负荷75W/m2、冬季热负荷50W/m2.根据理论分析结果以及经济实用性确定选用60m2抛物槽式聚光集热反射镜、23kW溴化锂吸收式制冷机、15kW风机盘管作为系统参数,为槽式聚光集热与吸收式制冷机组相结合的系统性能研究提供理论依据.     

各参数对平板太阳能集热器设计和运行的影响

本文提出了在稳态和瞬态条件下,平板型水集热器的效率及其预热时间的计算。在计算中考虑了许多参数变化的影响。当气象条件不理想时,对这些影响加以适当的研究是很重要的。比较集热器在夏天和冬天的运行情况就可看出集热器倾角的重要性和管间距的影响。本文还提出了一种经验方法,将每天的辐射力曲线变换成有效稳定辐射力。在本文所考虑的条件下,6月份的有效辐射力节为400w/m~2,集热器效率为57%;12月份的有效辐射力为300w/m~2,效率为46.5%。     

复合抛物面型集光器的设计

在非成像光学原理的基础上,分析了复合抛物面型集光器的设计原理．采用数值计算,研究了该集光器的集光性能以及它与多模光纤的耦合．为提高耦合效率,提出了截底法和截顶法．复合抛物面型集光器已用在太阳能装置中,它也能在激光水下通信中得到应用．     

槽式聚光系统聚光硅电池阵列特性实验研究

利用所设计的槽式聚光热电联供系统,对栅线平行分布和反方形分布的两种聚光硅太阳电池阵列进行了性能测试研究。结果表明,在能流聚光比为20倍的槽式聚光器下,两种电池阵列的光电效率分别为11.42%和13.89%,最大输出功率分别比聚光前放大16.06倍和19.33倍。两种电池阵列Pm、FF和η的温度系数分别为:-0.047 W/K、-0.45%/K、-0.035%/K;-0.029 W/K、-0.176%/K、-0.105%/K.研究结果为中低倍聚光系统聚光电池的选择和槽式聚光热电联供系统性能的优化提供参考。