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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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%.     

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。     

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.     

双抛物面均匀反射聚焦式光伏发电供热装置

为进一步提高光伏发电系统的整机效率,研制了一套基于双抛物面均匀反射聚焦方式的新型光伏发电供热装置.分析了装置的整体构件组成、双抛物面聚光原理及其结构参数关系,并给出两轴伺服跟踪实现原理框图.基于滤红外线和水冷法相结合的光伏电板冷却技术,及两轴伺服结构和混合追日跟踪策略等技术原理进行设计.通过对原理实物样机的现场实测,验...     

双抛物面均匀反射聚焦式光伏发电供热装置

为进一步提高光伏发电系统的整机效率,研制了一套基于双抛物面均匀反射聚焦方式的新型光伏发电供热装置.分析了装置的整体构件组成、双抛物面聚光原理及其结构参数关系,并给出两轴伺服跟踪实现原理框图.基于滤红外线和水冷法相结合的光伏电板冷却技术,及两轴伺服结构和混合追日跟踪策略等技术原理进行设计.通过对原理实物样机的现场实测,验证了装置设计的正确有效性.     

高倍聚光光伏模组中菲涅尔透镜沿光轴方向的光照非均匀性变化及影响

对于菲涅尔透镜作为主要聚光器件的高倍聚光光伏模组,应用中通常把多结电池放置于透镜焦平面处,然而光学系统非理想性造成焦平面处的光照非均匀性,会影响三结电池及模组整体的输出特性。本文通过光线追踪模拟和三维三结电池网络模型,分析沿光轴方向不同位置,菲涅尔透镜聚光光照非均匀性的变化,以及对高倍聚光光伏模组的影响机理和优化。结果表明沿光轴填充因子与光照非均匀性有密切关系,沿光轴不同程度的光照非均匀性导致不同程度的横向电流,填充因子随之发生变化,在远离焦平面的位置存在更优的填充因子,提升最大输出功率。实验结果也很好地验证了模拟的结果,本文结论对实际应用中高倍聚光光伏模组的结构优化有参考意义。     

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.     

基于数据驱动的FAST主动反射面调节优化模型

针对500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope, FAST)的主动反射面调节问题,利用旋转抛物面在三维空间中的定义建立了一个对任意天体角度均适用的工作抛物面方程,该方法不同于以往的坐标旋转的方法。利用反射面板重心点作为反射点,将反射接收比定义为能把光线反射到馈源舱被其接收的面板数量与300 m口径工作抛物面下总面板数量的比值。结合主索节点径向伸缩距离、边界平稳过度和邻接距离变化幅度三个约束条件,以接收比最大化作为目标函数,建立了一个工作抛物面优化模型,并利用节点数据和模拟退火算法对其进行求解,得到了工作理想抛物面。选用两组天体角度进行实例分析,结果显示调节后的接收比增大12.82%,并给出了工作主索节点的部分径向调节方案。本研究为FAST对于任意天体角度的变形提供了一种新的建模方法,也对馈源舱反射接收比提出了一种新的计算方式。     

太阳辐射高效聚集与镜场时空协同理论研究

研究完成了该年度的全部预期目标,完善了太阳能热发电镜场时空协同设计软件,可根据太阳直射辐射资源计算电站年发电量;可计算吸热器管壁的能流分布,解决了镜场聚光与吸热协同优化设计问题,建立镜场分区控制机制,达到聚光与吸热协同;完成了聚光器的外场安装与调试,提出了聚光器面形检测方法,并对检测方法的可行性进行了试验研究;完成了聚光器的光学性能测试方法研究,提出了聚光器光学性能测试设备研制方案;完成了聚光器外场跟踪精度测试方法研究,并进行了跟踪精度测试试验;完成了聚光器的综合性能初步评价。     

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。     

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。     

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。