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%。     

圆锥面太阳聚光器的理论研究与设计

对聚光器为圆锥面、接收器为圆柱面的太阳能集热器的性能进行了研究.导出了单锥面聚光器的聚光比和跟踪精度的计算公式,给出了接收器上的照射长度以及接收器表面聚光比分布的数学表达式,并对聚光比、跟踪精度、材料利用率等方面进行了详细的分析,结果表明从聚光比、材料利用率及跟踪精度等方面来考虑,45°是单锥面聚光器的最佳半顶角.分析了单锥面集热器存在的采光面积与聚光比和接收器长度之间的矛盾,进而提出了多锥面组合聚光器;多锥面组合聚光器能在接收器长度一定的情况下增加采光面积、提高聚光比,克服了单锥面聚光器的矛盾,并且具有设计上的灵活性.     

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.      

一种新型聚光光伏组件的光学设计

传统的聚光光伏组件(CPV)采用菲涅耳透镜聚光或者大型反射式聚光。这些组件的尺寸较大,不利于聚光光伏组件的小型化与模块化。该文主要设计制作了一种新型平板反射式聚光器,并应用到聚光光伏系统中完成相关测试,上述工作均在顺德中山大学太阳能研究院完成。该文提出了一种新型的平板反射式聚光器的设计方法。文章首先介绍聚光器的建模方法,然后进行软件模拟与分析,最后制作聚光器并组装成聚光光伏组件(CPV)进行相关测试,组件的结构设计也将详细介绍。测试结果表明通过该光学设计方法能够灵活,有效的设计适应不同应用要求的反射式聚光器。     

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。     

一种Zigbee网络群控聚光光伏系统设计

聚光光伏能有效降低光伏发电成本,如何实现聚光器跟踪系统的可靠性、精度及成本达到合理平衡是目前聚光光伏发电研究的重要内容之一。提出了一种基于Zigbee网络自动跟踪群控系统设计方案,该系统通过定日器检测太阳光强并确定太阳位置,再通过Zigbee网络将太阳位置发送给各聚光器的控制器调整聚光器的朝向,从而使太阳电池板获得更多的光照强度。     

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。     

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。     

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。     

一种跟踪和聚光的全新理论——陈应天在太阳能利用研究领域的重大创新

陈应天教授不久前提出的跟踪聚光理论已经引起我国国家领导部门和世界范围内专家的重视.为回答对该理论的普遍存在的疑问,从光学的基本知识出发,尽量深入浅出地讨论这一理论的核心内容,如:自主创新的自旋 仰角跟踪方式,行 列驱动从镜聚光及其精度不等的不同模式,并评述该理论的优势和应用前景.     

固定条形镜面聚光器设计的研究

固定条形镜面聚光器是近几年内发展起来的一科新型太阳能利用装置。它与一般镜面跟踪的聚光器相比较,具有不少的优点。它的镜面是固定不动的,可用普通建筑材料,如水泥、砂子、砖、角钢等材料来制造支承镜面的骨架,因此完全可以因地制宜地来选择材料,当入射光线变动时,它只需要变动吸热器的位置就可以接收反射的光线,特别是东西向放置时,吸热器跟踪机构就更为简单,它使用管理方便,成本低廉。因此自从问世以来,便引起了世界各国广泛地重视。本文从理论上分析了它的基本光学原理,探讨了设计方法,得到了n—θ图,并洋细介绍了该图的使用方法,可以大大减少设计中的计算工作。对进一步研究固定条形镜面聚光器可能亦有帮助。     

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%.     

线聚焦菲涅耳聚光器次级反射镜的仿真设计

本文利用TracePro光学设计软件构建了一小型线聚焦菲涅耳聚光器仿真试验装置,理论研究与仿真实验相结合,通过计算和设置平面镜的跟踪倾角、太阳入射光线方向矢量、太阳直射辐射等参数,实现线聚焦菲涅耳聚光器光学仿真实验。在单块平面镜尺寸为4×0.2m2的情况下,通过改变次级反射镜的类型、次级反射镜与集热管间的距离△H等结构参数进行模拟,得出优化数据,提出聚光器次级反射镜的设计方案。     

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。     

真空管集热器配复合抛物面的研究

本文介绍配有复合抛物面聚光器的真空管集热器,并给出这种集热器的实验结果.文中提出一套较完整的光学特性的理论关系式,用平均透过率(?)及聚光器增益RCF(或聚光器收集因子),来描述这种光学性能.计算结果符合实验规律.     

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。     

基于条纹反射测量技术的太阳能热发电聚光镜面形检测方法研究

提出了基于条纹反射测量技术的太阳聚光器面形检测方法,使用投影仪在光屏上投射黑白相间的正弦条纹,经被测镜反射后成像于相机,采用四步相移算法计算像面上和光屏上点的对应关系,然后运用迭代算法拟合被测镜方程及镜面上各个点法线方向。面形测量精度达0.2 mrad。试验验证了测量方法的正确性和可行性,研制了测量设备原理样机,并进行了相关测量试验,结果表明,测量设备达到了国际先进水平。     

低截取比CPC空气集热器及其性能试验研究

为实现太阳能空气集热器的高效利用,设计了一种采用低截取比CPC作为聚光器的空气集热器.基于晴天和多云工况下对该CPC空气集热器的热性能进行测试.结果表明,在晴天无云的天气条件下,集热器最大出口温度可达200℃,平均集热效率达到0.3;在多云天气下,集热器最大出口温度达到170℃,CPC集热器表现出良好的集热性能.通过计算发现降低截取比对聚光比影响甚微,但可有效减少CPC反射板材料从而降低成本.     

双V型槽式低倍聚光光伏系统实验研究

为了减少单位产能所需的电池面积和降低光伏系统发电成本,采用低倍聚光器将太阳光汇聚在光伏电池上,对太阳电池进行低倍聚光.设计双V型槽式低倍聚光光伏系统,利用太阳跟踪系统和数据采集系统研究了在不同聚光条件下,常规单晶硅太阳电池组件的短路电流、开路电压、最大功率等电池特性参数,利用在电池组件下加装散热器来解决聚光后组件温度升高的问题.实验结果表明,采用双V型低倍聚光后,电池功率提高了27%,短路电流提高了25%,开路电压和填充因子变化不大,电池表面温度升高到44.8℃.利用双V型槽式低倍聚光光伏系统,增大了电池组件发电功率,为使用简单可靠的聚光器降低光伏系统发电成本提供了有效方法.