太阳能建筑采暖系统槽式复合多曲面聚光器性能研究

为提高北方寒冷地区太阳能建筑采暖系统的适用性,研制了一套聚光比为3.9的非跟踪式复合多曲面聚光器(CPC)。该聚光器具有运行稳定、无运动部件及易于制造等特点。基于Light Tools光学软件,分析不同入射偏角和接收体偏差角度条件下的聚光特性,并对安装于呼和浩特市(北纬40°50')的太阳能建筑采暖系统在晴天和多云气象条件下不同安装倾角聚光器的光热性能进行对比研究。结果表明:当入射偏角为10°时,聚光器的光线汇聚率为55.2%,当板式接收体偏差角度为12°时,聚光器的汇聚率仍为93.4%;晴天运行时,安装倾角为45°的聚光器出口导热油温度比正入射时低3℃左右,多云条件下,接收体内导热油温度变化曲线平缓,说明聚光器对跟踪精度要求低,适合于应用到建筑采暖系统中。     

应用于设施农业土壤供热系统的复合多曲面聚光器的聚光集热性能研究

文章通过仿真模拟和试验测试,分析了光线入射偏角对复合多曲面聚光器聚光集热性能的影响。首先,建立了聚光器三维模型;然后,利用光学仿真软件对该聚光器进行光线追迹和光学性能计算,并根据计算结果分析了径向、轴向入射偏角对该聚光器光线接收率、聚光效率等的影响;最后,基于光学计算结果,搭建复合多曲面聚光器光热性能试验台,并根据测试结果研究了该聚光器在实际天气条件下运行时的聚光集热性能。分析结果表明:当径向入射偏角小于14°时,该参数对复合多曲面聚光器的光线接收率和聚光效率影响较小;当径向入射偏角为20°时,该聚光器的光线接收率和聚光效率分别为46.50%,39.49%;此外,该聚光器的光线接收率和聚光效率均随着轴向入射偏角的变化呈现出对称的变化趋势,当轴向入射偏角为20°时,该聚光器的光线接收率和聚光效率分别为87.94%,74.50%;在晴天条件下时,该聚光器出口处空气温度的变化趋势与太阳辐照度一致,正午时,该聚光器出口处空气温度最高,可达到46.9℃;测试期间,该聚光器的最大瞬时集热量和光热转化效率分别为411.54 W,42.38%。     

基于复合抛物面的新型三维光伏聚光器

为提高太阳能电池的输出功率,设计了一种基于复合抛物面的矩形出口三维聚光器。运用光迹追踪软件,对传统二维槽式聚光器及新型三维聚光器的工作性能进行了比较。仿真显示,当光线的入射角在聚光器接收范围内时,新型三维聚光器具有大于90%的聚光效率和较高的聚光比。将接收半角为35°的三维聚光器应用于多晶硅太阳能电池上,在太阳辐照度为400 W/m2的情况下,电池最大输出功率可达到非聚光的2.25倍。     

一种复合抛物面槽式太阳能聚光集热器的性能研究

对一种新型复合抛物面槽式太阳能集热器进行了光学仿真和热性能研究。介绍了聚光器的设计与工作原理,在计算机上对其进行了三维建模,利用蒙特卡洛光线追迹模拟不同入射角、不同安装误差偏角的情况下,圆柱形聚光接收体表面上能流分布特征及光学效率的变化规律。光学仿真结果表明,当镜面反射率为0.92,在太阳光线入射角为0~7.5°时,光线接收率为99.36%~51.51%,聚光效率为92.14%~48.1%。室外测试结果显示,装置热效率为43.2%。     

可用于建筑采暖的槽式复合抛物面聚光器光热特性研究

文章针对太阳能建筑采暖系统集热面积大、换热介质抗冻能力差的问题,设计了一种新型的槽式复合抛物面聚光建筑采暖系统,并分析了该系统中槽式复合抛物面聚光器的聚光原理。文章还建立了槽式复合抛物面聚光器的三维模型,而后利用光学仿真软件分析该聚光器的聚光性能,并搭建试验台研究空气流速对该聚光器光热转化效率的影响。分析结果表明:在光线入射偏角为10°的条件下,当接收体中心与聚光器底部的间距为90 mm时,槽式复合抛物面聚光器的光线接收率和聚光效率最优,分别为65.54%和60.25%;在实际天气条件下,槽式复合抛物面聚光器光热转化效率随空气流速增加而升高,当空气流速为4 m/s时,该聚光器的光热转化效率达到最大值,为76.73%。     

均匀能流密度槽式聚光器设计及光学特性北大核心CSCD

太阳能聚光系统中接收器表面能流密度分布不均匀,会对其光电转换效率以及自身结构的稳定性造成一系列不良影响。为提高接收器能流密度均匀性,文章将微元法与几何构造法相结合,提出Ⅰ型和Ⅱ型两种聚光器模型,利用Trace Pro软件对这两种聚光器的光学特性进行模拟分析,确定出最优模型,进而分析几何聚光比、跟踪误差、安装误差对该模型能流密度分布的影响。结果表明:Ⅱ型聚光器光学特性最优,当几何聚光比为20时,分别以平行光及太阳光入射,接收器上能流密度均匀分布的区域分别占接收器区域的80.18%和75.17%,其光学效率达到99%和95%。此外,随着跟踪误差和安装误差的增大,接收器能流密度均匀分布的区域都减小。本研究对聚光器的优化设计和提高聚光型太阳能系统能源利用效率具有参考意义。     

基于透射式菲涅尔聚光器的PV/T 系统性能研究

采用光线追踪的方法对外表面为圆形截面、椭圆形截面和抛物线形截面的3种类型的菲涅尔透射聚光器进行分析。利用光学仿真对比分析3种不同聚光器的聚光性能,分析其在聚光效率、跟踪误差敏感性以及入射光轴向倾斜对接收效率影响等方面的优劣。加工直径为1 m的圆形聚光器样件,基于该聚光器构建太阳能光伏光热一体化系统(photovoltaic/thermal system,后文简称PV/T系统),以砷化镓高聚光电池作为接收器,在实际的典型天气下对透射式菲涅尔聚光PV/T系统进行试验研究,测试接收装置的温度分布、系统电能和热能的输出特性以及热电综合利用率。结果表明:晴朗天气下透射式菲涅尔聚光PV/T系统中午时段的发电效率最大可达18%,冷却水得热效率最大值约为45%,在中午时段(11:00~13:00)辐照大于900 W/m2时,热/电总利用效率可保持在55%以上。     

非对称槽式抛物面聚光器的仿真与性能研究

基于光学成像原理,设计了一种由两个不同抛物面组合而成的、适于在太阳能中低温集热领域应用的新型非对称槽式抛物面聚光器。文章介绍了该聚光器的工作原理,并在计算机上三维建模,利用光学分析软件计算了其中所安装的圆管型接收器和平板型接收器的光学效率,分析了接收器上的光线接收率随入射偏角的变化趋势。研究结果表明,新型非对称槽式抛物面聚光器在入射偏角为6°时,圆管型接收器表面的光线接收率达到71%;在最大尺寸条件下,圆管型接收器的接收效果优于平板型接收器;实际测试所得的装置聚光热效率为34%。     

极轴式定焦点菲涅尔聚光器设计及焦斑位置偏差研究

基于菲涅尔透镜的聚光特性和极轴跟踪原理,提出一种能实现定焦点聚光的太阳能聚光器,详细分析聚光器的定焦点聚光原理,并搭建实验平台对其聚光焦斑位置偏差进行红外热成像分析。实验结果表明,全天聚光焦斑相对位置偏差最大值为5.72%,且焦斑基本分布于以基板中心为圆心、半径50 mm的圆环区域内,即实现定焦点聚光。同时利用TracePro值为3.56%,且焦斑分布情况与实验基本一致。结合全年太阳赤纬角的变化,对真太阳时为08:00～16:00的聚光焦斑位置偏差情况进行模拟分析,结果表明该聚光器的全年聚光焦斑相对位置偏差最大值为4.84%,进一步验证了聚光器能实现全年定焦点聚光。     

接收体对太阳能建筑采暖用聚光器性能影响

针对液体循环介质太阳能建筑采暖系统存在的夏季过热、投资成本高、占地面积大等问题,搭建空气集热太阳能槽式复合抛物面聚光建筑采暖系统,理论分析和试验测试聚光器中单层玻璃管内不同位置平板接收体对聚光器性能的影响,在此基础上,将平板接收体优化为等边三角形接收体,在实际天气条件下,测试不同空气流速对集热器进出口温差、腔内温度、集热效率等的影响。结果表明,晴天正入射时,α=0°布置的平板接收体两侧平均温差为0.5℃,平均集热效率为55.49%,比α=90°时聚光器平均集热效率增加了32.32%;当空气流速为1.03 m/s时,采用等边三角形接收体的聚光器进出口平均温差为53.9℃,腔内温度为50.4℃,比环境温度高28.8℃;当空气流速为3.03 m/s时,聚光器集热效率为70.76%。     

基于热电效应高倍聚光焦面能流密度测量研究

焦面能流密度分布是评价太阳能聚光器聚光效果的关键因素,对聚光太阳能电池或热发电接收器的设计、安装和传热分析等起到了决定性作用。利用铠装热电偶高温测量的优势,提出基于热电效应原理的能流密度分布间接测量方法。通过ANSYS软件构建铠装热电偶的传热模型,将聚光太阳能能流作为输入,对其稳态传热过程进行分析,得到能流密度与输出温度之间的热力学函数,利用此函数的反函数开展高倍太阳能聚光焦面能流密度的测量。研究了风速和环境温度对模型的影响。结果表明：风速对该函数关系影响较大,环境温度影响很小。采用菲涅尔透镜搭建实验系统,对模型进行了验证,能流密度大于600 kW/m²时,实测数据与模型的相对误差在5%以内,模型的准确度较好。     

采用真空柱状接收器的碟式集热器光热特性研究

提出利用柱状真空管作为碟式太阳能聚光系统的接收器,强化碟式抛物面太阳能聚光器的接收效率、降低系统对跟踪精度的要求,进而降低整个系统的工程造价,实现系统低成本运行。对系统结构进行光学和传热性能分析,给出几何聚光比随接收器几何参数的变化规律。结果表明,接收器在跟踪误差为0.5°时,几何聚光比仍可达到理想情况时的80%。结合传热学计算和Tracepro光学仿真,得到接收器热损失系数随接收表面温度,以及局部能量聚光随跟踪误差的变化规律,为此类碟式太阳能聚光集热器的优化设计提供依据。     

CPC在太阳能集热器中的应用

CPC复合抛物聚光器是一种非成像低聚焦度的聚光器,它根据边缘光线原理设计,可将给定接收角范围内的入射光线按理想聚光比收集到接收器上。由于它有较大的接收角,故在运行时不需要连续跟踪太阳,只须根据接收角的大小和收集阳光的小时数,每年定期调整倾角若干次就可有效的工作。它可达到的聚光比在10以内,当聚光比在2以下时可做成固定式装置。它可接收直射太阳辐射和部分散射辐射,并能接收一般跟踪聚光器所不能接收的“太阳周围辐射”。此类集热器的结构比较简单,对聚光面型加工精度要求不严格,将其应用在太阳能集热器中,是一个值…     

槽式均匀聚光系统设计及分析

为提高槽式聚光系统的聚光均匀性,提出一种槽式均匀聚光系统,建立了该系统反射聚光器模型,并对其聚光效果进行了分析.对系统的几何参数分析表明,随着反射镜面数量的增加其宽度在逐渐减小而其倾角却在逐渐增加,系统最大几何聚光比随系统的几何高宽比δ增大而增加.利用蒙特卡罗光线追迹方法对该聚光器的聚光效果进行模拟,结果表明该系统的聚光均匀性明显优于传统的槽式聚光器聚光效果,能够满足设计需求.     

槽式复合多曲面聚光集热器光学分析及性能研究北大核心CSCD

鉴于传统槽式复合多曲面聚光集热器所固有的吸热体表面换热方式、吸热体与循环介质换热面积恒定等对集热效率提升造成限制,文章提出了可优化吸热体的槽式复合多曲面聚光集热器。通过在聚光集热器焦斑位置单层玻璃管内安装吸热体以实现光热体内换热、循环流速与吸热体换热面积的优化。首先,利用光学仿真软件TracePro计算分析了星形六翼吸热体、V形吸热体对聚光器光学性能的影响机理,基于此,在实际天气条件下,开展了聚光器内嵌星形六翼吸热体时集热性能的测试研究,分析了聚光器进、出口温差、瞬时集热量随气象条件的变化规律。结果表明,当入射偏角小于15°时,聚光器的聚光效率和光线接收率受入射偏角影响较小,光线正入射时,内嵌星形六翼吸热体的聚光器聚光效率与光线接收率最高,分别为73.08%和95.20%,当径向入射偏角为0~20°时,聚光器内嵌星形六翼吸热体时的聚光效率与光线接收率分别比内嵌V形吸热体时高6.50%和8.46%。在晴好天气下,聚光器进、出口温差、瞬时集热量与太阳辐照度变化趋势一致,且均在正午时达到最大值,分别为38.4℃和667.34 W,此时聚光器的光热转化效率为65.03%。     

国内可再生能源文献信息

GN030401常规单晶硅太阳能电池在低倍聚光条件下应用研究.苑进社.太阳能学报,2003,24(2):253～257.利用常规单晶硅光伏电池,在进行输出特性研究的基础上,设计研制出带有非对称复合抛物面聚光器的光伏发电系统。该系统利用聚光器的有效聚光比随季节的变化,使光电池上接收到的太阳辐射量全年相对均衡,结果不仅降低了发电成本而且可改善系统的可靠性。GN030402季节性负载光伏方阵的倾角.杨金焕,葛亮,陈中华,等.太阳能学报,2003,24(2):241～244.朝向赤道的固定式光伏方阵最佳倾角除了取决于当地的气象和地理条件外,还与负载的性质有关。根据Ha…     

复合抛物面槽式光伏聚光器性能研究

文章提出了一种复合抛物面槽式光伏聚光器,介绍了该聚光器的工作原理,利用Solidworks软件对其进行三维建模,并通过光学仿真软件对不同入射偏角、光伏组件不同安装位置时接收体表面的光线接受率和聚光效率进行计算。该课题组搭建了复合抛物面槽式光伏聚光器试验台,对该光伏聚光器的输出电功率进行了测试和对比分析。结果表明:当复合抛物面槽式光伏聚光器径向入射偏角的变化范围为0~7°时,光线接受率为99.35%~60.49%;聚光效率随轴向入射偏角的增大呈线性降低的变化趋势;光线接受率和聚光效率随光伏组件与入射光之间夹角的增大而降低;在自然天气条件下,复合抛物面槽式光伏聚光器的输出电功率约为相同测试条件下平板光伏组件的2倍。     

太阳能聚光器

采用萤光体的太阳能聚光器主要由含萤光体的透明平板构成。它不但能收集所有方向入射到该平板上的光,从而不用配备跟踪装置。而且由于萤光体聚光器能改变某些范围内入射光的波长,并进行聚光,从而扩展了太阳能应用领域。聚光原理萤光聚光器一般由含萤光体的PMMA(聚甲基丙烯酸酯)平板构成,如图1所示。当光入射到聚光器上时,和萤光体的吸收波长一致的入射光被吸收,     

两种聚光器联合驱动的鼓泡加湿除湿型太阳能海水淡化系统实验研究

设计一个由太阳能空气集热器和曲面菲涅尔透镜联合驱动的鼓泡加湿除湿型太阳能海水淡化系统,介绍该系统的结构和运行原理,对多曲面聚光器的聚光特性进行光学仿真分析,对装置各部件的能量进行平衡计算,测试系统在实际天气条件下的产水性能,给出太阳辐照度、装置运行温度和产水效率随时间的变化关系。当太阳辐照度平均为795 W/m2时,该装置集热管出口温度最高为64.8℃,产水量约为9.48 kg/d,整体系统热效率为43.5%。     

跟踪与装配误差对PTC截断因子的影响分析

研究并设计及实现了抛物槽式太阳能集热器(Parabolic Trough Concentrator,PTC)截断因子计算方法,建立集热器数学模型,分析太阳光线入射和反射路径,通过反射光线与吸热器中心线空间距离计算截断因子。分析支架太阳跟踪误差对截断因子的影响,当集热器在抛物线横截面的跟踪角度误差α小于0.975 3°时,截断因子均大于0.95;在纵向对称平面的跟踪误差β小于16°时,截断因子大于0.95。结果与Soltrace相比平均偏差小于0.007,证明算法正确性。分析聚光器、吸热器的支撑点装配误差对截断因子的影响,结果表明,当镜面支撑点误差标准差小于0.9 mm时,截断因子大于0.95;当吸热管直径为70 mm的吸热器支撑点误差标准差小于30mm时,截断因子大于0.95。即聚光器装配误差对截断因子的影响远大于吸热器装配误差的影响,聚光器装配误差的增加更易造成聚光效率的降低。