一种三维聚光系统的光线追迹与接收器窗口优化

对一种新型聚光系统的基本原理作了简单介绍,并依照实际尺寸在UG软件上进行计算机三维建模,然后利用光学分析软件LightTools对其进行光线追迹分析,考察其出光口的出射光束随入射光束的变化情况。通过追迹模拟,直观地看到出射光束在聚光系统焦平面上所形成的焦斑大小、形状、能量分布和焦斑中心位置随入射光束的类型和入射偏角的变化情况。对于不同的入射光束类型的模拟结果显示,发散光束对应的焦斑最小,平行光束的焦斑次之,汇聚光束对应的焦斑最大。这结果与通常的直觉判断有所不同,为此特别对此结果进行了详细地分析。通过对不同的入射偏角进行的光线追迹模拟,获得了光斑的最大直径与光斑中心偏移量随偏角的变化曲线,以及光线传输率随偏角的变化曲线。当入射偏角不大于0.4°时,此聚光系统对模拟太阳光的传输率不低于98.7%;当入射偏角不大于2.0°时,则不低于82%。根据模拟的结果,计算出了聚光系统的几何聚光比为1 966.4。最后,借助光线追迹模拟所得的光斑变化结果,对连接在聚光系统底部的一种接收器——太阳能储能炉的进光窗口的设计进行优化,这对其他类型的接收器接收窗口的优化同样具有很好的指导意义。     

一种顺向聚光实体聚光器的光学性能分析

为了改善用于建筑导光的镀膜反射类型的太阳能聚光器的性能,提出一种由透明实体整体成型的全内反射顺向聚光器,该聚光器具有结构紧凑、无需镀膜的特点。论文介绍了聚光器的结构和聚光传光原理。通过建立三维实体模型,应用光学分析软件模拟分析了聚光器的光学传输率,得出在不同入射光偏角时的传输率变化曲线。结果表明,该聚光器具有较大的跟踪容差性能,当平行入射光线偏角为1.4°时,传输率相对于正入射时下降不到20%;偏角为2.2°时,传输率仍然可以达到正入射时传输效率的60.8%;偏角为3°时,传输率还可达到正入射时传输率的50%,即3°为半传输率对应的偏角。因此,以这种结构为基础模块,结合导光光纤,采用空间多方位排列方式,可组成免跟踪系统的固定导光系统。     

新型光伏楔形聚光器的聚光性能

利用几何光学和菲涅耳公式(Fresnel formula),在楔形聚光器的横截面上推导出楔形聚光器的几何聚光比、光线接收范围、透明材料的折射率、楔形顶角四者之间的关系。在此基础上,通过优化设计聚光器的反射面,提出了一种新型楔形聚光器。这种聚光器的反射面是由一部分平面、一部分抛物面组成,使折射到抛物面上的光线直接被反射到出射面上,从而提高楔形聚光器的聚光比。理论计算结果表明,当楔形顶角相同,透明介质相同且折射率为1.5时,在透射率大于90%的条件下,新型楔形聚光器的聚光比可比普通楔形聚光器提高约28%,但聚光均匀性有所下降。实验测试结果也验证了理论计算结果的准确性。总体而言,对于低倍光伏聚光系统,聚光均匀性要求不高,新型楔形聚光光伏组件具有较好的聚光性能及能量输出性能,具有应用价值。     

新型光伏楔形聚光器性能的研究

本文利用几何光学和菲涅耳公式(Fresnel formula）,在楔形聚光器的横截面上推导出楔形聚光器的几何聚光比、光线接收范围、透明材料的折射率、楔形顶角四者之间的关系。在此基础上,通过优化设计聚光器的反射面,提出了一种新型楔形聚光器,这种聚光器的反射面是由一部分平面一部分抛物面组成,使折射到抛物面上的光线直接被反射到出射面上,从而提高楔形聚光器的聚光比。 理论计算结果表明,当楔形顶角相同,透明介质相同且折射率为1。5时,在透射率大于90%的条件下,新型楔形聚光器的聚光比可比普通楔形聚光器提高约28%,但聚光均匀性有所下降。实验测试结果也验证了理论计算结果的准确性。总体而言,对于低倍光伏聚光系统,聚光均匀性要求不高,新型楔形聚光光伏组件具有较好的聚光性能及能量输出性能,具有应用价值。     

低倍V型光伏聚光器光学性能模拟分析

理论计算确定V型聚光器的几何聚光比、能量聚光比、能量聚光比和反射镜反射率之间的关系、反射镜宽度与光伏电池宽度之间的比例以及反射镜的倾角。根据理论计算确定2倍V型光伏聚光器的镜面倾角和宽度然后在TracePro6.0软件建立模型,模拟入射光线与竖直方向夹角λ为0°、30°、45°和60°时电池板表面的能量分布,结果显示λ为0°时电池表面能量分布最均匀,而聚光器的光学效率则随λ增大而减小。     

V形槽式低倍聚光光伏光热一体化组件性能

设计搭建了一种V形槽式低倍聚光光伏光热一体化(PV/T)组件,将V形槽式聚光器与无空腔型PV/T组件结合起来。通过Trace Pro软件模拟发现,V形槽式低倍聚光PV/T系统单日制热量的增加百分比随安装角度的增大呈先增大后减小的趋势。当安装角度为23°时,增强作用最明显,聚光后光热转化功率能提高8.57%。实验结果表明,安装角度23°时总发电量比原来提高了19%。通过动态调整反光铝板安装角度,发现在太阳光照强度最强时V形槽安装角度在20°~30°之间移动时,整体的聚光效率最高。V形槽式低倍聚光PV/T组件的光伏光热效率均高于原有的无空腔PV/T组件和有空腔PV/T组件,具有较大的应用价值。     

高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能研究

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

一种非跟踪内聚光太阳能PV-T管聚光器的设计与仿真

针对非跟踪内聚光光电-光热复合管的结构及接收器的设计需求,对管内具有特殊形状的半圆柱接收器的复合抛物面聚光器(CPC)进行了光学设计,并利用Matlab软件对聚光器曲线和形状进行了优化与数据仿真,得到了光热复合管能够得到最大入射光的聚光器的曲线方程、安装位置以及供数控机床加工所需的参数,给出了不同入射角的光线和光强分布图,提高了太阳能的利用率.仿真结果表明,接收器满足在最大入射光下表面光照均匀的设计要求.     

微型抛物面槽式聚光集热器光学性能研究

为使太阳能聚光集热器与建筑更好地结合,提出了一种聚光比为3.4的微型抛物面槽式聚光集热器。从光传播损失、余弦损失以及阴影损失3个方面,建立了微型抛物面槽式聚光集热器光学效率的理论模型;用Sol Trace对微型抛物面槽式聚光集热器的光学效率进行了模拟计算,计算了南北水平和东西水平放置下春分、夏至、秋分和冬至日的平均光学效率,并讨论了集热器与水平面倾角δ对光学效率的影响。结果发现:阴影损失是影响该集热器光学性能的主要因素;集热器南北和东西水平放置时的光学效率分别为54%和48%,而东西放置且与水平面倾角为60°时的光学效率为51%。因此,该集热器可用于建筑物屋顶以及南立面墙,具有很好的应用前景。     

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．     

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%.     

全息技术在太阳能热水器集热系统中的应用研究

根据全息元件的会聚和色散功能,探讨研制太阳能全息聚光型的光热转化系统.讨论了全息技术应用于提高太阳能热水器光热转换效率新的途径,重点阐述全息太阳能集热系统的核心部件--高效率的单重DCG全息图的研制过程和全息聚先器结构,设计出一种"自动跟踪"太阳光的新型全息太阳能热水器装置.     

太阳光泵浦固体激光器的设计

提出了一种太阳光端面泵浦固体激光器设计方案.采用成像光学与非成像光学相结合的方法,以菲涅尔透镜结合复合抛物面聚光器对太阳光进行聚焦.实验表明:设计方案可以实现对太阳光的跟踪,保证入射太阳光垂直于系统入射面,使太阳光有效会聚于激光工作物质.分析激光器各能量转换环节,讨论了影响太阳光到激光能量转换效率的影响因素.     

基于单片机控制的太阳能光电跟踪器的研究与应用

在太阳能利用领域,由于太阳光线的入射方向（方位角和高度角）相对于地球上的某一点位置是不断变化的,为在不同季节不同时间都能最大效率的采集太阳辐射能量。聚光装置必须采用自动跟踪装置随时跟踪太阳。通常聚光比越高对跟踪精度的要求就越高,造价也就越高。因此,从能源利用及经济性等方面综合考虑,低成本的太阳光线跟踪技术具有重要意义。本文对一种基于单片机控制的太阳能光电跟踪器的研究和应用工作做出了总结。     

光伏电池温度对太阳能CPVT系统性能的影响

基于碟式聚光型光热光电综合利用技术(CPVT)系统的数学模型,推导系统集热效率与总能量效率关于电池温度的偏导数,从理论上分析电池温度对系统性能的影响规律.基于集热效率关于电池温度的偏导数,提出电池临界温度T_(crit)的概念,其与对流传热系数、 PV板发射率和聚光比相关.当电池温度T_(PV )T_(crit)时,系统集热效率随电池温度升高而减小,T_(PV )T_(crit)时,系统集热效率随电池温度升高而增大.通过模拟考察了不同风速、 PV板发射率和聚光器面积情况下,系统性能随导热流体入口温度的变化趋势,验证了理论分析的结论.     

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。     

三运动复合线性菲涅耳反射式太阳聚光系统的性能研究

为改善线性菲涅耳反射式聚光系统的余弦损失对系统聚光效率的影响,提出了一种运动式线性菲涅耳反射聚光系统,该聚光系统依靠镜场与太阳保持反向运动来减小余弦损失.通过在广西柳州(北纬24°03')搭建的实验台架对系统的可行性和效率增加进行了验证.实验结果表明该新型系统对太阳光的聚光效率比固定式菲涅耳系统提高9%左右,与理论计算值相当.文中亦利用光学仿真分析对系统布置的优化进行了探讨.分析结果表明在现有系统参数的基础上,适当降低接收器高度可进一步减小余弦损失;在二次聚光器接收允许的范围内适当增大镜元间距还可减小镜场遮挡损失,继续提高系统聚光集热效率.      

V型槽式低倍聚光PV/T组件性能研究

本文设计搭建了一种V型槽式低倍聚光PVT组件,将V型槽式聚光器与无空腔型PV/T组件结合起来。通过Trace Pro软件模拟发现,V型槽式低倍聚光PV/T系统单日制热量的增加百分比随安装角度的增大呈先增大后减小的趋势,当安装角度为23°时,增强作用最明显,聚光后光热转化功率能提高8.57％。实验结果表明,安装角度23°时总发电量比原来提高了19%;通过动态调整反光铝板安装角度,发现在太阳光照强度最强时V型槽安装角度在20°-30°之间移动时整体的聚光效率最高。V型槽式低倍聚光PVT组件的光伏光热效率均高于原有的无空腔PV/T组件和有空腔PV/T组件,具有较大的应用价值。     

太阳能光伏/光热复合集热器能量转换性能的数值模拟

建立太阳能光伏/光热(PV/T)复合集热器的光电与光热耦合能量转换的数值模型,利用TRNSYS软件模拟PV/T集热器的光电、光热转换性能,分析结构参数和运行参数对PV/T集热器的能量转换性能的影响.计算结果表明:减小集热板排管的管间距与管径的比值有利于提高光热与光电转换性能;冷却流体的入口温度对PV/T集热器的性能影响显著,较低的入口流体温度有利于保持更高的光热和光电转换效率.增加冷却流体的入口质量通量可提高光热和光电效率;当入口质量通量增加至6.9 g/(s·m2)时,PV/T集热器的热、电效率分别为66.2％和10.8％,进一步增加入口质量通量对提高光热、光电效率的作用不大.