新型多平面太阳能聚光器性能分析

提出一种新型多平面太阳能聚光器,该型聚光器由若干矩形小平面镜和抛物型结构的框架组合而成,适用于太阳能在中温领域的应用。利用几何学原理和Monte Carlo方法研究新型多平面太阳能聚光器的几何光学特征及焦平面能流密度分布,分析不同综合误差对几何聚光比及能流密度分布的影响。研究结果表明:相比传统碟式聚光器,新型多平面聚光器在焦平面的光斑面积增大且能流密度分布均匀;该型聚光器的几何聚光比随着镜面排数M的增加而增加,在镜面排数M分别为7、9、11时,相应几何聚光比可达69、125、210,满足中温领域的使用要求;在相同的外部条件下,其运行性能受综合误差的影响较传统碟式聚光器小。     

贝壳形太阳能聚光面的设计

在旋转抛物反射面最佳相对孔径基础上,对斜截抛物面进行讨论,得到一种既能增大聚光比,又能方便使用的贝壳形反射聚光面。     

抛物面型聚光器聚焦光斑能流密度分布的计算

采用光线跟踪法对旋转抛物面型聚光器进行光路分析,应用蒙特-卡罗法计算焦平面上的能流密度分布,考虑了聚光器表面形状误差、跟踪误差、接收器位置误差、接收器遮挡作用、太阳形状、漫反射和不同半张角的影响,并通过实例计算证明了该方法的正确性。该方法为系统的优化设计和接收面处能流密度的测量提供理论依据。     

抛物面反射镜对倾斜入射光的聚光作用

本文讨论了抛物面反射镜对倾斜入射光的会聚作用,确定了圆管形接收器上的聚光条件和最小接收器半径,得到平均几何聚光比与开口宽度和倾斜角的关系,求得局部几何聚光比沿接收器表面的分布。本文还讨论了倾斜入射光经抛物面镜反射后,在通过焦点的平面接收器上的分布,并给出确定接收器尺寸的方法。据此可估计抛物面反射镜对散射光的聚光作用。     

空间薄膜抛物面聚光系统辐射能流密度的研究

结合薄膜聚光器的光学特性,同时考虑空间太阳形状模型、薄膜表面反射误差的概率模型,采用蒙特卡罗光线追迹法计算空间薄膜抛物面聚光系统接收面上辐射能流密度,分析薄膜聚光器的表面反射误差、焦径比、接收器的遮挡作用和接收器的位置对系统接收面上辐射能流密度分布的影响,为空间薄膜聚光系统的参数设计和性能分析提供参考。     

聚光太阳能热发电中吸热器吸收涂层的选择

对各类聚光比的聚光太阳能热发电中的吸热器吸收涂层进行了研究,同时对耐高温太阳吸收涂层进行了高温热处理和辐射性能测试.研究表明,菲涅耳线式和抛物面槽式聚光吸热器由于聚光比较小,吸热体表面温度较低,主要采用选择性涂层以提高吸热表面温度和吸热效率;而塔式和抛物面碟式聚光吸热器由于聚光比大,吸热体表面温度较高,高温时的吸收涂层在红外波段的吸收率下降,因此主要采用高吸收率的耐高温涂料为太阳吸收涂层.     

复合抛物面聚光光热光电耦合供能装置性能研究

鉴于非跟踪复合抛物面聚光器光线接收率受入射偏角影响较大,设计一种复合抛物面聚光光热光电耦合供能装置,通过在复合抛物面聚光器入光口增设板背相对的双面光伏组件,将逸出光线再次接收以实现电能输出,利用光学仿真软件对该装置光学性能进行理论分析,对比研究光线入射偏角对装置光线接收率的影响机理,基于光学计算结果,搭建复合抛物面聚光光热光电耦合供能装置性能测试实验台,在晴好天气下,探究接收体形状对装置空气介质温升、光热转化效率、腔内温度等的影响,分析光伏组件随运行工况的变化规律。结果表明,相比于传统复合抛物面聚光器,入射偏角α对该装置光线接收率影响较小,α=12°时装置光线接收率为97.5%,比同尺寸参数复合抛物面聚光器光线接收率增加了47.73%,空气流速为2.87 m/s时,内嵌米字型接收体装置的最大进出口温差为14.6℃,比内嵌网状接收体时高4℃,光线正入射时,两者的平均光热转化效率分别为77.27%与61.28%;2号光伏组件的最大发电功率为0.77 W,比1号光伏组件增加45.28%,该技术对于提高非跟踪复合抛物面聚光装置综合性能具有参考价值。     

槽式太阳聚光器的研究

提出了一种低倍聚光的抛物面槽式聚光光伏发电方式.从聚光器的聚光比入手,推导抛物面槽式聚光的能流聚光比的公式,分析了能流聚光比和各个参数的关系.依据这些关系式制成的低倍聚光装置适宜于普及,可节约光伏装置成本,增加光伏发电量.     

具有折射棱镜盖的圆桶式CPC聚光器研制与性能测试

在圆桶式复合抛物面聚光器(CPC)聚光器研究的基础上,增加一个透明的折射棱镜上盖,并进行一系列的整体优化设计,研制出一种新的非跟踪CPC聚光器,并通过对焦点温度和砷化镓电池光伏转换电流值的实际测试方式,测其水平放置并在超出最大入射半角后的聚光度分别达到3.0和5.3倍,可实现较好的非跟踪聚光效果。但该聚光器材料选型或加工工艺会限制其聚光性能。若这些问题得以解决,具有较高聚光度的非跟踪复合抛物面聚光器将会得到开发应用。     

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。