旋转曲面式两级反射系统的太阳能聚集与传输特性分析

提出一种改进型卡塞格林反射太阳能聚集系统,将其二次镜面方位进行旋转变换,接收面可据此灵活布置,对聚集系统的结构优化具有重要应用价值。通过建立旋转曲面式两级反射系统的数理模型,根据几何光学原理推导二次镜最大可旋转角度,并用射线踪迹蒙特卡洛法(MCRTM)模拟接收面能流分布特性。结果表明,此系统下聚集光斑遵循高斯分布,虽然聚光比同单级碟式抛物面有所降低,但可在保持较高聚光比的同时灵活改变光路方向。     

点、线耦合聚焦塔式太阳能线菲定日镜追踪角时空变换特性研究

介绍一种新型的点、线耦合菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统,推导该系统定日镜追踪太阳光线的理论追踪角(俯仰角β_h和滚转角β_m)公式,利用理论追踪角公式计算上海地区一年中4个典型日系统线菲定日镜追踪角的时空变换特性。以夏至日定日镜H3为例,详细计算其子镜与中心子镜的理论俯仰角差Δβ_(h,id)和理论滚转角差Δβ_(m,id)。该文的目的是通过研究菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统定日镜理论追踪角的时空变换特性,确定系统定日子镜追踪太阳的实际滚转角差,并利用Soltrace软件模拟系统在夏至日实际追踪和理论追踪时的光学效率,差值最大为8.20%,最小为0.28%。     

曲面聚光太阳电池组件研究

计算、设计并研制了双球面型和抛物面-双曲面型二次反射聚光器,将其分别与多晶硅太阳电池结合组成聚光光伏系统,在常温下进行聚光试验,与无聚光多晶硅太阳电池相比,输出功率分别提高3.1及2.5倍。结果表明,利用二次曲面反射聚光器的聚光太阳能装置可以提高太阳电池的输出功率;一定程度上克服了太阳光能量的分散性,具有很好的应用前景。     

专利信息

太阳能利用一种抛物镜二次高倍聚光光伏、光热电一体机专利申请号:CN201120215910.3公开号:CN202135083U申请人:深圳市安泰科建筑技术有限公司本实用新型为一种抛物镜二次高倍聚光光伏、光热电一体机,包括支架,安装于支架上的带导热液通道的铝散热件、高反射抛物镜以及驱动高反射抛物镜正对太阳的追日控制器。其中,铝散热件     

菲涅耳反射式太阳能聚光系统的三运动复合跟踪

提出了线性菲涅耳式太阳能反射聚光系统新的跟踪方式:置于接收器上方的二次聚光器配合镜场平移的同时进行旋转,与平面镜的转动组成三运动复合形式。通过镜场的整体平移减小余弦损失,提高系统整体的聚光集热效率。从理论分析和计算机模拟两个方面对这种三运动复合形式进行的研究发现,三运动系统的总余弦损失在一天中基本不变。对一个24 m2镜场的测试分析表明,在夏季晴天条件下,三运动复合系统的有效能量增加率约为5.8%,每天的能量增益达到38 MJ左右。     

基于二次反射的光学系统聚光特性研究

基于非成像光学原理,仿真分析了一种新的太阳能聚光发电系统的光斑特性,该系统将二次反射面固定于支撑塔顶端,使定日镜的反射光经二次反射面反射后,向下会聚于地面。这种太阳能聚光方式被应用于光束下射式太阳能热发电系统。本文选取双曲面作为二次反射面建立光学模型,研究定日镜反射光斑大小和双曲面面型及半径的关系。通过对比各双曲面面形所成的光斑放大率的变化特征和趋势,结合双曲面面积大小的限制,提出二次反射面优化选择的方法和结论,为塔上二次反射面的设计提供理论参考。     

一种圆柱面线聚焦菲涅尔式太阳能中温集热系统的研究

介绍了一种利用圆柱面线聚焦菲涅尔镜组成的太阳能集热系统,该系统主要由圆柱面线聚焦菲涅尔镜、二次聚光器、太阳跟踪器、加热油箱和负载等部件组成;给出了圆柱面线聚焦菲涅尔镜的设计思路,利用注塑成型方法生产出圆柱面线聚焦菲涅尔镜,然后利用该镜搭建线聚光太阳能中温集热系统,并在实际天气下对系统性能进行测试。结果表明,在日照充分的天气下,本系统的平均集热效率约为40%,集热效果良好。     

线性菲涅耳太阳能聚光系统

线性菲涅耳聚光反射装置是对连续抛物面聚光镜的一种离散化近似,因由法国工程师Fresnel发明而得名。线性菲涅耳太阳能热发电技术在太阳能热发电系统中非常有用,尤其是在需要安装大面积的镜场时,对成熟的槽式太阳能聚光热发电系统形成强有力的竞争。简要介绍了线性菲涅耳聚光反射装置的技术特点及发展现状。     

消除复合抛物面聚光器二次反射的设计研究

建立未截短的原复合抛物面聚光器(CPC)、1/2截短CPC以及消除二次反射设计CPC的数学模型,根据光线追踪法和蒙特卡罗法,在几何聚光比为2~10内,计算CPC高度与出射光孔宽度的比值,并依据该比值分析CPC的经济性,计算CPC最佳均匀面上的非均匀度和最大辐照度,进而分析CPC聚光均匀性.结果表明:在相同几何聚光比下,消除二次反射设计CPC的经济性和聚光均匀性最好.     

菲涅耳太阳能聚光系统几何矢量分析

提出了线性菲涅耳聚光反射装置中入射角、反射位置、跟踪倾角的矢量计算方法.该聚光装置中每个反射镜面(简称镜元)需实时跟踪太阳,将太阳入射光反射至固定位置的线性吸热器上,每一镜元的入射角、反射位置、跟踪倾角均时刻变化,系统设计时的计算非常复杂.利用目前太阳位置算法中得到的太阳高度角、方位角,通过矢量法,简化计算过程,推导出线性菲涅耳反射装置任一镜元的入射角、反射位置、跟踪倾角公式,便于菲涅耳太阳能聚光装置的分析应用,计算了2009年各月平均日的各量在具体算例情况下的变化.     

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。     

专利信息

正面铝镜太阳灶专利号:86202404 申请人:青海省新能源研究所该专利为一种改进了的反射聚光太阳灶。这种太阳灶的反光材料采用正面铝镜:镜基是玻璃、陶瓷等非金属材料,氧化铝镜膜经阳极氧化生成在镜基材料的正面,该膜稳定性好,硬度高,耐磨、耐蚀,使用寿命在五年以上;阳光无须透过玻璃,可直接在铝镜膜上得到反射,使太阳灶的反射聚光效率得到显著提高;反光材料同作为壳体基底的玻璃、陶瓷等物粘合,可避免壳体、粘接剂与铝镜膜的化学反应,保证了镜面的质量。该太阳灶的结构见图1。液体透镜太阳能供热器专利号:86203164 申请人:吴燕川该专利是一种利用水或透明液体制成的透镜式太阳能供热器。它的特征是:在一个V型槽的上口处装有一层具有一定强度的并可变形的透明薄膜,将水或透明液体灌注在薄膜中后,在重力作用下,薄膜自然形成一个抛物面,水或透明液体构成一个聚光镜体。     

二次反射多碟太阳能聚光器设计与性能分析

设计一种小规模的光线向下式焦点固定的多碟聚光集热系统,其特点是焦点固定,光线向下汇聚,吸热器开口向上,并提出该系统的追踪方式。通过对一次镜场和二次反射镜的分析和优化设计,使设计工况下吸热器入口的平均能流密度达到420 kW/m²,光学效率为87.4%,可为实现光线向下式焦点固定聚光系统的发展和优化提供技术方案。     

关于若干旋转曲面的采光利用率及其几何参数的选取

提高几何聚光比是提高聚焦型集热器效率的主要措施之一。若接收器接收辐射的总表面积保持不变的话,则聚光比的提高,就必须扩大入光孔面积。文[1]曾对旋转抛物面几何参数的最佳选取作过详细的分析和推导,但失之于烦琐,同时也不直观。文[2]只是从光学分析出发,提出为了消除入射光在半球面内部的多次反射,提高球面的光学效率,确定半球面张角应≤120°。关于平底圆锥面的分析,未见报道。本文试图从聚光比、采光利用率以及曲面总面积诸因素之间的关系,来确定这些曲面的几何参数的最佳选取,并提出评价上述三种曲面经济效益的指标。     

基于菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统的新型吸收器集热性能实验研究

介绍一种与菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统匹配的新型吸收器,在吸收器上方固定CPC,以增加其集热效率。首先理论上分析聚光系统的光学效率以及吸收器的集热效率和效率;然后通过实验测定导热油在吸收器不同进口温度和流量下的集热性能。利用最小二乘法拟合得到集热效率和归一化温度T~*的线性关系,获得整个聚光集热系统的光学效率η_0。最后通过效率确定吸收器在不同流量下的最佳运行温度T_(opt)在流量580 L/h时约为145℃,在流量400 L/h时约为142℃。     

获得最大日照度的协调控制方法的研究——多镜面聚光型太阳能光伏系统

针对目前太阳能聚光方式,提出了采用平面镜反射聚光的多镜面阵全跟踪聚光方案.首先描述了多镜面聚光型太阳能光伏系统的基本结构及其跟踪控制原理和方法.通过对多镜面阵聚光系统对太阳全方位跟踪控制分析,推出了太阳电池组件和平面镜阵在跟踪过程中方位角、倾角及空间位置变化的运动方程.通过建立了平面镜阵与太阳电池组件之间的运动关系,实现太阳电池组件跟踪控制以及平面镜阵之间的跟踪协调控制,并对此系统进行了定量分析和数值计算.     

聚光热发电技术的分析和简评

基于传热学、工程热力学的基本原理,结合实际应用,对槽式、塔式、碟式、分立式4种太阳能聚光热发电技术的特点、局限性、发展潜力进行初步分析。槽式技术是最成熟的聚光热发电技术,但是受聚光集热特性的影响,提高发电效率的难度较大;建议塔式技术优化跟踪聚光技术,以提高聚光效率,同时选择合适的单塔功率;为了充分发挥碟式技术的高温潜力,需要开发超高温热机;分立式技术提高了聚光效率,简化跟踪系统,但聚光采用的高次曲面镜价格昂贵。建议聚光技术可直接将高温工艺热应用于终端,提高热利用效率;远期可考虑高温热解制氢,利用氢气便于储存的优势,克服太阳能不稳定的先天缺陷。     

菲涅耳太阳能聚光系统跟踪倾角的矢量算法

提出了线性菲涅耳反射装置中太阳跟踪倾角的计算方法。该聚光装置中每一个反射镜面(简称镜元)需实时跟踪太阳,使太阳入射光反射至固定位置的线性吸热器上。但是,从目前的太阳位置算法中得到的太阳高度角、方位角并不能直接用来控制跟踪,必须进行复杂计算,得到每一镜元相应的跟踪倾角,然后控制电机使其旋转至相应位置。通过将太阳矢量适当分解,简化计算得到适合于菲涅耳太阳能聚光装置反射定位的旋转倾角并经实验验证。     

高倍太阳能聚能透镜的研究与产业化

研究了基于三结型(InGaP/InGaAs/Ge)高效太阳电池组合的高倍聚光太阳能透镜,采用高次非球面光学玻璃的聚能透镜组成卡塞格林系统,实现200～500倍的聚光太阳能。提出采用热压成型的方法生产高倍太阳能聚光器件(副镜),并实现了产品的产业化。阐述了产品的技术标准、生产工艺流程、研制的专用设备。最后提供了热压成型高倍聚光太阳能聚能透镜(副镜)产品的照片及非球面透镜面形的测试结果。     

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.