基于镜面积尘的线性菲涅尔系统聚光性能研究

针对线性菲涅尔反射式（LFR）聚光集热系统镜面积尘所引起的光学损失问题,建立镜面积尘的系统三维模型,利用蒙特卡洛光线追迹法进行光学仿真模拟,研究灰尘颗粒形状、粒径以及镜面积尘密度对光线路径、系统能流密度和聚光效率的影响,并利用LFR能流密度测试系统来验证仿真模拟方法的可靠性。结果表明,球体颗粒对光线有汇聚作用,入射至正方体颗粒的光线会被完全吸收,镜面积尘密度增加1 g/m²,吸热管周的平均能流密度降低625.17 W/m²,系统的聚光效率下降5.53%,且镜面积尘颗粒的粒径越小,吸热管周的能流密度下降越严重,不同积尘密度下仿真模拟与试验测试的能流密度变化趋势一致,两者之间误差为9.6%。     

一种槽式太阳能空气集热器热性能的试验研究

为了研究日光温室用槽式太阳能空气集热器的热性能,基于TracePro光学模拟软件设计了一种槽式太阳能空气集热器,对其进行试验研究,分析了不同因素对集热性能的影响规律。实验结果表明,管中空气流速的变化对集热器集热效率和集热量的影响规律是相同的,在不同的流速下,存在最佳空气流速约为4.4 m/s,使得集热器的集热量和集热效率最大,集热量达到373.2 W,集热效率约为25%,此时集热性能最好。对于不同太阳辐照度,正午时刻之前,太阳辐照度越大,集热器的集热效率越大,正午时刻之后,集热器的集热效率基本保持不变,15:40之后集热器集热效率逐渐减小。当太阳辐照度和管中流速相同时,室外温度越高,集热器集热效率越大,集热性能越好。集热管中空气温度沿着集热管出口方向不断增大,太阳辐照度越大,集热管相同位置空气温度越高。该研究结果可为此种槽式太阳能空气集热器在日光温室的应用中提供参考。     

具有二次聚光器的新型大开口槽式太阳集热器设计与光学性能分析

针对大开口和更高运行温度的槽式太阳能热发电系统,提出一种可实现高聚光比、低辐射热损及能流密度均匀的新型槽式太阳集热器,即在集热管内放置外壁具有太阳选择吸收膜层和内壁具有反射膜层二次聚光器的大开口槽式太阳集热器。建立圆弧为微元段的自适应设计新方法,提出3种典型的二次聚光器面型,利用蒙特卡洛光线追迹方法仿真新型集热器的能流密度分布特性,验证该光学仿真方法,分析影响集热器光学性能的各种因素。结果表明,该集热器可显著提升集热效率。     

太阳能光热与热电耦合发电技术综述(上)

正1太阳能光热发电技术概述太阳能光热发电即聚光太阳能热发电(Concentrating Solar Power),也称CSP,是太阳能发电中不同于光伏发电的另一种技术。光热发电技术是利用光聚焦原理,把太阳光线的分散能量进行高度聚集,通过吸热器中工质吸收阳光热能,直接或间接地加热水,产生一定参数的蒸汽,然后送往汽轮发电机组进行发电。实际应用的主要技术种类有槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式。1.1槽式光热发电技术分别采用槽式聚光镜和吸热管来聚焦和吸收太阳光热能,进而转化成电能。槽式聚光镜是一种高精密度的太阳反射镜,按主要制造材料可分为两种:玻璃反射镜和铝板反射镜,反射镜的横     

一种基于新结构的线性腔式太阳能集热器研究

提出一种适用于槽式太阳能热发电系统的新型线性腔式集热器。通过Tracepro模拟聚光镜焦距、弧形结构及开口宽度对系统光学性能的影响;采用热网络模型对该集热器的传热性能进行参数化研究,确定优化的集热器结构为优弧型,开口宽度为70 mm,与其匹配的聚光镜焦距为2100 mm。研究结果表明,当太阳直射辐射强度为500 W/m2,集热温度为650 K时,系统光热转换效率达65.3%。与一类传统真空管集热器的对比表明,该新型线性腔式集热器的集热性能优于UVAC Cermet直通式真空管集热器。另外,该线性腔式集热器生产和维护成本明显低于真空管集热器,对于促进槽式太阳能热发电技术具有重要意义。     

小型槽式太阳能集热器优化设计与试验研究

按照高性能低成本的原则设计并制作了集热面积为12 m2的商用小型槽式集热器。其主要创新优化之处包括:1通过免背板设计减少了槽式反射镜面结构的重量和用材,提高了镜面曲率精度;2通过推杆联动机构减少了驱动装置;3反射镜面板分离式结构起到了自清洁功能,减轻了清扫的工作强度;4将闭环反馈技术应用到太阳能跟踪控制系统,可实现四季全天候跟踪。现场试验结果表明:在太阳辐射强度为540~660 W/m2时,该集热器可将循环水加热至170℃以上,系统整体集热效率最高可达0.52,但随水温的升高逐渐降低。     

镜面积尘对线性菲涅尔镜场反射比及系统集热性能的影响

针对线性菲涅尔镜场镜面积尘所导致的聚光损失问题,建立镜场积尘数学模型,通过理论分析和试验测试,分析平面镜积尘遮挡机理及积尘前后相对反射比变化规律,实验测试积尘对不同波长太阳辐射的反射规律,以及积尘时间对系统反射比及热性能影响进行分析。结果表明:随着太阳入射角的增大,相对反射比呈递减趋势;随着积尘密度的增加,相对反射比降低;积尘密度为1 mg/cm2时,相对反射比由0.63降至0.24;在无降雨自然积尘10 d后,镜元相对反射比降低,系统瞬时集热效率降低29.37%;降雨使镜元积尘密度减小,但同时会使积尘形态发生变化,相对反射比降低,瞬时集热效率减小。     

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。     

槽式太阳能热发电站的模拟优化

通过SAM(System Advisor Model)软件,在中国4个地区模拟建设槽式太阳能热发电站进行研究。经过模拟分析,在该文所设定的槽式太阳能系统参数下,拉萨市槽式电站性能最好,对该地区3种不同集热蓄热工质组合的80 MW槽式电站做进一步模拟优化和对比分析,分别以年发电量、年发电效率和平准化电度成本(LCOE)为优化目标,得到不同槽式电站的最佳太阳倍数和蓄热时长;对导热油-太阳盐(Solar Salt)槽式电站,进一步模拟其蓄热系统的不同调度方案和集热工质的不同出口温度对电站的年发电量和镜场吸热效率等性能参数的影响,通过对比分析,得出集热蓄热工质均为低熔点四元盐的槽式电站的各项性能参数最为理想。     

圆柱型碟式太阳能接收器聚光集热耦合实验研究

太阳能热发电系统中聚光、集热协同进行,聚光太阳能能流极不均匀,对能量转换效果有较大影响。为避免太阳直射辐照度的变化对实验结果的影响,采用碟式聚光器和圆柱型接收器,搭建了两套结构一致的实验系统,同时开展聚光和集热实验,提高了实验数据的准确度。接收器采光口能流分布是聚光和集热效率研究的基础,利用水冷式能流密度传感器,在接收器集热实验时同步测量了接收器采光口能流密度分布,通过面积剖分,得到接收器入射能流。开展集热实验,分析了太阳能直射辐照度和工质流量变化对系统集热效率的影响。研究结果表明:随直射辐照度增加,系统入射功率、输出功率和接收器采光口截获功率不断增加,但上升趋势逐渐变缓;聚光器聚光效率、接收器热效率、系统总热效率均呈下降趋势,且斜率逐渐变缓;随着传热工质流量增加,接收器腔内壁面温度下降且温度场梯度变小,减少了接收器热损失,系统输出功率不断加大,总热效率不断提高。     

基于三角腔体吸收器的透射式菲涅尔定焦线系统聚光特性分析

为解决线性菲涅尔太阳能集热系统单轴跟踪过程中出现的聚光焦线偏移以及降低系统跟踪能耗等问题,提出一种透射式菲涅尔定焦线太阳能聚光器。该聚光器采用极轴跟踪方式与线性菲涅尔透镜定期滑移调节方式相结合,可实现固定焦线聚光。将该聚光器与三角腔体吸收器所组成的太阳能集热系统,利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件分析在有、无滑移调节方式中:不同太阳赤纬角和不同跟踪误差角度下的系统光学效率和三角腔体吸收器内吸收表面能流密度分布情况。结果表明,在全年太阳赤纬角范围内采用滑移调节方式的透射式菲涅尔定焦线系统最小光学效率为51.29%,相较于无滑移情形其光学效率提高22.79%。     

抛物面槽式太阳能SolTrace 模拟与实验分析

结合抛物面槽式聚光器的光学特性,应用Sol Tarce光学仿真模拟软件,采用蒙特卡洛射线追踪法对设计搭建的呈东西轴布置的抛物面槽式聚光集热实验系统,建立光学系统模型并进行Sol Tarce模拟分析,获得抛物面槽式吸热管在当天不同时刻下及不同太阳直射辐照度下的有效辐射能通量和抛物面槽式吸热管壁面的能流密度分布,并将模拟得到的结果与实测实验数据进行对比分析,结果表明:模拟结果与实验数据具有较好的一致性,最小及最大偏差分别为8.1%和16.4%,实验数据可较好地验证Sol Tarce模拟系统的可行性及模拟结果的可信度,抛物面槽式吸热管吸收太阳辐射能受太阳光入射角和太阳辐照度的影响较大。模拟结果能够有效地反映聚光型太阳能热发电系统的光学性能及热性能,为聚光型太阳能热发电系统的设计与优化以及工程应用提供参考依据。     

槽式太阳集热器焦线能流分布的计算

根据槽式聚光器的几何光学特性,提出采用Origin软件计算槽式太阳能聚光器焦面能流密度分布的一种新方法。以抛物槽式聚光器的平面焦线为例详细介绍该计算方法的步骤,并将计算结果与实测结果进行对比,两者吻合较好,证明该计算方法的可行性和正确性。该计算方法函数关系较为简单明确,无需编程,计算量少,计算速度快,且适用于任意面型的槽式聚光器和线性接收器,可为槽式太阳能聚光系统的优化设计提供参考。     

槽式集热系统流速及布置优化

通过对槽式太阳能集热器结构及能量转换过程特性的研究,建立了基于多热容变物性的集热器动态仿真模型,并由LS-2型槽式集热器实验数据进行了验证.在仿真平台上结合泵、阀门等模型组建起集热系统仿真模型,并根据SEGS-VI的电站实际运行数据进行了对比验证.在此基础上,分析研究了系统的集热效率和所消耗总泵功随太阳辐照量及导热油流速的变化,得到了不同工况下集热系统的最优折合效率、导热油最佳流速和单支路最优长度.结果表明:在相同的导热油进、出口温度下,太阳辐照量越大,集热系统最优折合效率越高,当太阳辐照量从500 W/m2升至1 000W/m2时,导热油最佳流速从2m/s变化到3m/s;在同一太阳辐照量下,系统最优折合效率随导热油工作温度的升高而降低.     

槽式太阳能集热器运行特性分析

分析与研究了槽式太阳能聚光集热器运行特性,建立了槽式太阳能聚光集热器运行特性参数的数学模型,应用该模型以我国西部太阳能热发电的典型地区为计算地点,对槽式太阳能聚光集热器的太阳入射角余弦、入射角修正系数、遮挡系数、端部损失及镜场运行效率等运行特性参数进行了计算。结果表明：槽式太阳能集热器正午时刻入射角余弦达到最小值,余弦效应最为明显;遮挡损失和端部损失对槽式集热器的运行影响总体不大,在日出、日落时刻会发生遮挡效应,最大端部损失发生在正午时刻;槽式太阳能聚光集热器镜场效率正午时刻之前单调下降,正午时刻后,随高度角的下降而单调增加,在正午时刻达到最小值,夏至日镜场效率峰值约为0.74,冬至日的峰值约为0.47,差值约为0.27。     

新型槽式太阳能聚光集热器的研究与试验

设计了一种新型槽式太阳能聚光集热器,分析了工作原理和设计参数,建立了由该集热器组成的太阳能集热系统,并进行了试验测试。文章给出了采用不同接收器的升温曲线和效率计算值,对不同布置方式的集热性能进行了比较。试验结果表明,该装置具有较高的集热效率,运行温度在80℃时,效率达到35%以上。     

异型高温真空集热管的热损分析

为减少真空集热管热损,提出内吸热管次吸热面扁平设计(管型Ⅰ)和内吸热管主、次吸热面均扁平设计(管型Ⅱ)的2种异型内吸热管结构,通过减小其表面积来减少辐射热损。利用辐射换热的光谱分布模型,计算分析原型和异型真空集热管的热损,同时对原型管和管型Ⅱ的能流密度和温度分布进行模拟分析。结果表明:2种异型管相对原型管热损分别减少约8.8%、14.5%,当集热温度分别为300、400、500、600℃时,管型Ⅰ热损减少量分别为7.2、19.5、45.8和96.4 W/m,管型Ⅱ热损减少量分别为11.8、32.0、75.3和158.5 W/m;管型Ⅱ内吸热管主吸热面能流密度在可承受范围内,温度分布受结构变化影响较小。     

槽式太阳能聚光器跟踪系统运行特性分析

建立槽式太阳能聚光器跟踪太阳角度的数学模型,利用该跟踪太阳的数学模型对槽式聚光器不同布置方式太阳跟踪角度以及太阳光线入射角进行分析研究。计算槽式太阳能跟踪系统的角度的运行数据,分析其变化特性和跟踪规律。为了验证本文的计算方法,进行实验研究。计算和实验结果表明:入射角余弦夏至日的平均值是0.98,冬至日的平均值是0.71;对于聚光器采用东西水平布置南北轴跟踪方式,在冬至日正午时刻聚光器运行速率最快,峰值达到0.398°/min;采用南北水平布置东西轴跟踪方式,在夏至日出时刻聚光器运行速率最快,峰值达到0.45°/min;通过实验比较了跟踪角的实际测量值与计算角度最大偏差约为0.56°,平均偏差为0.334°。     

基于量纲分析的双轴槽式太阳能系统集热性能研究

针对影响双轴跟踪槽式太阳能系统集热效率的多种因素,文章采用量纲分析法建立了集热效率预测模型,构建了包括Re数在内的5个无量纲量。实验测试了不同工况下系统的集热性能,通过多元线性回归对集热效率预测模型进行了求解。研究结果表明:在文章研究范围内,Re对集热效率的影响较大,太阳辐照量、集热管几何参数以及传热工质物性等对集热效率影响相对较小;在集热效率预测模型复测样本范围内,集热效率计算值和实测值之间的最大相对误差不超过15%。文章建立的双轴跟踪槽式太阳能系统集热效率预测模型精度较高,可为槽式太阳能系统的工程设计和优化运行提供理论依据。     

浅层地热能联合太阳能集热墙系统夏季降温试验研究

针对目前被动式太阳房普遍存在的夏季室内过热现象,提出一种浅层地热能联合太阳能集热墙系统。并在石河子地区对采用该系统的被动式太阳房进行试验测试,对比分析3种通风模式和3种通风时间的降温效果。试验结果表明:采用浅层地热能联合太阳能集热墙系统的通风模式C3的室内平均温湿度明显优于其他模式,平均温度降低了2.64℃;通风时间为12 h的C5模式,其被动降温效果优于其他两种模式,且随着通风时间的延长,被动降温效果出现下降的趋势。