组合跟踪的槽式聚焦集热器太阳辐照量的研究

在建立太阳直射辐射计算模型的基础上，分析了聚先反射抛物面镜面在各种跟踪方式下接受到的瞬时太阳直射辐射量，得出了晴天时昆明各月平均日辐照量的变化图。通过对所得数据度曲线图的比较和研究，获得了聚光反射抛物镜面两种较好的组合跟踪方式，效率分别达到双轴跟踪的98．9％和99．34％。可为太阳能申高温跟踪系统的发展和运用提供新的思路。     

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。     

蝶式光伏发电聚光器的研制

通过跟踪聚光的方法,增加太阳光伏电池板的光照强度,使得同样数量的光伏电池板产生更多电能,并大幅度降低光伏发电系统的成本。介绍了一种自动跟踪太阳的蝶式光伏发电聚光器及其聚光参数优化过程,在保证聚光器的机械强度时得到了最佳聚光比。     

聚光型光伏系统光电耦合性能研究

针对复合抛物面聚光型光伏（PV-CPC）系统,建立光电耦合模型,模拟不同聚光比下光伏阵列表面太阳辐照度分布规律,并比较3种不同网格电路模型的适用性和准确性。结果表明：采用离散网格照度方法模拟精度最高,同时聚光型光伏系统在提升发电功率的同时也导致一定效率损失。当聚光比增大时,光伏阵列表面辐照度值及不均匀性增大,最佳聚光面处的照度分布均匀性优于CPC出口处;光伏阵列的发电功率和效率与太阳总辐照度呈正相关、散射比呈负相关关系。     

碟式聚光器的月光聚光比分布计算模型

碟式聚光器和塔式聚光器均是点聚光系统,为了用月光法间接测量塔式聚光系统的聚光比分布,适宜用聚光稳定的碟式聚光器研究不同月相的光源亮度分布对聚光比分布的影响。主要建立月光下碟式聚光器的聚光比分布计算模型,首先依据拍摄的月相灰度图像建立分块均匀的光源亮度分布模型,再基于三维激光扫描点云数据生成准确的反射镜面形;在光线追迹过程中均匀采样镜面上的反射点,且考虑聚光器的跟踪误差;镜面的光学误差与光源的亮度分布合并为等效的光源亮度分布。模拟聚光比分布与实验聚光比分布的余弦相似度α>95%,光学模型准确性高。     

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。     

槽式聚焦光电/光热综合利用系统的性能研究

提出了一种典型的线聚焦太阳能光电/光热综合利用系统——槽式聚焦光电/光热综合利用系统,并建立了相应的系统模型。采用数值模拟的方法,分别在合肥地区春、夏季节的气候条件下,对不同的跟踪方式(东西向转动跟踪、南北向转动跟踪)、聚光比、冷却水流量以及辐照强度等相关参数对系统性能的影响进行了研究。     

一种高倍聚光光伏系统中太阳电池冷却的实验研究

针对高倍聚光光伏系统电池片发电效率受温度制约的问题,设计并搭建一个双轴跟踪的碟式聚光光伏发电系统,并进行户外实验。系统采用两相闭式虹吸热管为三结Ga In P/Ga In As/Ge太阳电池进行散热。研究结果表明:在聚光比为150,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,热管中水的充注率为30%时,电池片温度与热管蒸发端平均温度最低;在充注率为30%,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,随着聚光比的增大,电池和蒸发端的平均温度也随之增大;同时,电池片与蒸发端底部的温差较大,特别是在高倍数聚光工况下。所收集的数据可对碟式聚光光伏系统散热问题的研究提供一定的参考价值。     

塔式太阳能热发电站圆月夜聚光实验研究

在塔式太阳能热发电系统中,吸热器采光面上的聚光能流密度分布的测量对优化整个系统的光热性能有着重要意义。本文提出一种基于月光聚光信息的塔式电站定日镜场聚光能流密度分布的间接测量方法。主要介绍2018年9月24日晚在延庆塔式电站开展的两种对月聚光实验：一种是通过塔上布置的照度计标定电荷耦合元件（Charge-coupled Device, CCD）相机拍摄的光斑图像,得到定日镜场聚光光斑的照度分布;另一种是使聚光光斑扫描过照度计,得到不同时刻的照度计数值,通过高斯拟合得到聚光光斑的照度分布。将聚光光斑的照度分布与月光测光站测得的月光法向直射照度对比,得到塔上聚光光斑的相对能流密度分布。实验结果表明,通过月光聚光实验,可以得到塔式电站的聚光光斑的相对能流密度分布（即聚光比分布）,为后续依据太阳和月亮之间的亮度分布关系,转换为日光聚光能流密度分布提供实验数据支持。     

蝶式聚光光伏发电刍动跟踪太阳装置的设计

在分析太阳运行规律的基础上,描述了蝶式聚光器的机械结构、传动机构及自动跟踪控制的原理、方法,提出了一种在聚光条件下太阳跟踪的新方案。该蝶式反射聚光光伏自动跟踪太阳装置制造和运行成本低,跟踪精度较高,应用前景广阔。     

基于GRU-RF模型的太阳辐照度短时预测

针对现有太阳辐照度短期预测方法的建模复杂、准确度低等问题,提出一种基于深度学习的GRU-RF动态权值组合预测方法。大气因素与太阳辐照度数据融合,将运算速度较快且模型复杂度较低的随机森林（RF）模型与带有时序记忆的门控循环单元（GRU）神经网络进行动态权值的加权集成,分别将地表接收到的太阳辐照度、近地层气温、相对湿度、近地层风速和相对气压等变化特征进行预测研究。通过几种模型对比分析,结果表明使用GRU-RF模型预测短时（9 h）太阳辐照度结果较好,运行速度较快,在不同时间间隔（5、10以及15 min）下能够很好地预测太阳辐照度数据。     

中国不同气候区日总太阳辐射计算模型适用性分析及通用计算模型优化

利用中国5个气候区96个气象台站的1981—2010年的日值气象数据,对比分析12个基于日照百分率和12个基于温度的日总太阳辐射计算模型在不同气候区的适用性。采用判定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MABE）、平均误差（MBE）和全局性能系数（GPI）5个评价指标,确定各气候区最适宜的模型形式。以该模型为基准,建立适用于中国不同气候区的基于日照百分率和基于温度的日总太阳辐射通用计算模型。结果表明,三次方形式的基于日照百分率和基于日较差-平均温度的模型在各气候区计算精度均最高;以该模型为基础,建立适用于中国不同气候区的基于日照百分率和基于温度的日总太阳辐射通用计算模型,其平均R²分别为0.91和0.68。     

Modeling and simulation of ray tracing for compound parabolic thermal solar collector

A ray tracing model for the compound parabolic collector (CPC) is presented in this work. The pertinent parameters for the compound parabolic thermal solar collector are analyzed and calculated, and the ray tracing model is further investigated. The ray tracing model is validated by comparing our ray tracing model results with a commercial optical software. Each ray is traced by the CPC model, so the incident angle is calculated when solar ray enters the absorption tube. The ray tracing model was applied to the thermal efficiency analysis of the CPC, and the thermal performance results obtained by the model and test results were compared.     

应用于聚光发电的复合抛物面聚光系统性能仿真研究

构造了一种新型可应用于太阳能聚光发电的复合抛物面聚光器,根据实际尺寸在SolidWorks软件中建模,利用光学分析软件对其进行了光线追迹分析;研究了随入射偏角的变化,太阳电池接受体上接收入射光的变化情况;通过仿真计算模拟,直观地看到了光束在太阳能电池上所形成的焦斑形状、位置和能量分布随入射偏角的变化趋势。模拟计算结果表明,聚光器有效聚光比约为2.61,在测试范围内随着入射偏角增大太阳能电池表面聚焦光斑强度分布渐趋均匀,结论可为槽式太阳能聚光光伏发电的设计和优化提供参考。     

中国不同气候区逐日直散分离模型适用性分析及通用计算模型优化

利用中国5个气候区59个气象台站1981——2010年的日值气象数据,对比分析8个散总比和3个散射系数直散分离模型在中国不同气候区的适用性。采用判定系数（R2）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MABE）、平均误差（MBE）和全局性能系数（GPI）5个误差评价指标,确定各气候区最适宜的模型形式。以该模型为基础,建立适用于中国不同气候区的散总比和散射系数逐日直散分离通用模型。结果表明,除线性形式散射系数模型精度较差外,其他模型计算精度均较高,散总比和散射系数模型平均R2分别为0.85和0.62;基于晴空指数-日照百分率的二次多项式散总比模型和基于日照百分率三次多项式散射系数模型在不同气候区精度均最高;以该模型为基础建立中国不同气候区散总比和散射系数逐日直散分离通用模型,其平均R2分别为0.89和0.70。     

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵（PV/T-GSHP）联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明：夏热冬冷地区（以长沙为例）太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装（900 m²）时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8 ℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R²为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统（最小降幅为沈阳,49.7%）,远小于空气源热泵（最小降幅为石家庄,79.8%）和燃气壁挂炉（最小降幅为沈阳,65.1%）。     

基于GA-BP神经网络的逐时总辐射分组模型研究

通过分析影响太阳辐射的主要因素,提出以太阳高度角、季节和天气（晴空指数）作为数据划分依据的分组模型建立方法。以拉萨和西安地区的逐时气象数据和辐射数据为例,基于遗传算法（genetic algorithm,GA）优化的BP神经网络,建立太阳高度角、季节和天气类型的逐时总辐射分组模型。该研究揭示分组模型误差变化的规律,并将其估算误差与AllData模型比较。结果显示,相较于AllData模型,分组模型的估算误差均有降低。其中,天气分组模型误差最小,且西安的天气分组模型结果优于拉萨。西安天气分组模型平均绝对百分比误差（MAPE）和相对均方根误差（rRMSE）相较AllData模型结果分别下降3.96%和4.18%。研究结果表明分组模型能够降低逐时总辐射估算误差,可为估算逐时总辐射提供方法借鉴。     

高效硅基异质结太阳电池铟回收技术研究

以ITO靶材和硅基异质结（HJT）太阳电池为研究对象,通过建立理论计算模型和实验测试的方法,对ITO靶材和HJT太阳电池的元素成分及含量进行计算和验证。采用湿法冶金工艺对其中的金属铟浸出并分离提纯,并对比影响金属铟回收的因素。结果表明：ITO靶材中金属铟含量理论计算模型与实验测试结果一致,通过盐酸浸出、Zn粉置换,可获得95.56%纯度的海绵铟。在此实验基础上进行工艺优化,回收HJT太阳电池的银、铟金属,可获得较高的回收率和良好的经济效益。     

Ray tracing and simulation for the beam-down solar concentrator

The ray tracing equations for the beam-down solar concentrator have been derived in this paper. Based on the equations, a new module for the simulation of the beam-down solar concentrating system has been developed and incorporated into the code HFLD. To validate the ray tracing equations, a simple beam-down solar concentrating system consisting of 3 heliostats and a hyperboloid reflector is simulated. The concentrated spots at the lower focal point of the hyperboloid reflector for the beam-down system are calculated by the modified code HFLD and then compared with that calculated by the commercial software Zemax. It is found that the calculated results coincide with each other basically. Furthermore, a beam-down solar concentrator consisting of 31 heliostats, a tower reflector and a CPC is designed and simulated by using the modified code HFLD. The concentrated spots of the beam-down solar concentrator are calculated.     

辐射对太阳电池光电输出性能影响的定量研究

该文定量研究电子和质子辐射对太阳电池输出特性的影响。首先,证实作者前期工作得到的太阳电池输出电流-电压（I-V）模型仍适用于高能粒子辐射后的太阳电池;其次,由太阳电池输出电流-电压特征量定义一个等效电阻（Req）。采用最小二乘方曲线拟合方法,找到能够定量描述太阳电池能量转化效率（PCE）与等效电阻（Req）的关系,并且定量解释了经历电子和质子辐照的太阳电池的等效电阻（Req）同辐照剂量的关系。最后,扩展这个模型用于定量描述太阳电池外量子效率（EQE）与入射光子能量（hν）的关系,经拟合验证,该模型与实验数据十分吻合,理论同实验结果的相关系数R大于0.98,平均相对误差（ARE）小于3%。