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。     

内聚光CPC热管式真空集热管的光学效率分析

针对内聚光CPC热管式真空集热管,根据其结构建立详细完整的光学效率模型,采用光学追迹、几何光学分析等方法对模型中的各项参数(几何光学效率、透射比、反射比、吸收比等)进行分析研究。在此基础上,针对所研制的集热管构建出以太阳辐照强度、太阳光入射角为参变量的光学效率模型,并根据计算的数据结果对集热管进行相关分析。所建立的模型可为各种集热器的光学效率分析提供参考。     

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。     

凹形球面石英窗对碟式系统腔体吸热器光学性能的影响

吸热器表面非均匀且高强能流载荷会降低其工作效率、安全性和服役寿命。提出一种凹形球面石英窗用于太阳能碟式聚光系统的腔体吸热器,可改善吸热器的能流均匀性、降低最大局部聚光比等光学性能指标。基于蒙特卡洛光线追迹法,考虑腔体吸热器由等开口、等面积和等高度三者共同约束,研究圆柱形、圆台形、圆柱-圆台形和球形4种腔体结构吸热器的光学性能。研究表明:采用平面石英窗时4种腔体结构吸热器的非均匀系数分别为0.60、0.86、0.70和0.74,最大局部聚光比分别为1050.0、1350.0、1190.0和1080.0;而采用凹形球面石英窗时4种腔体结构吸热器光学效率和采用平面石英窗时基本相同,但吸热器的非均匀系数分别下降到0.36、0.62、0.54和0.60,最大局部聚光比分别下降到743.7、922.2、916.5和1000.4,采用凹形球面石英窗比平面石英窗对各吸热器的光学性能均有明显提高,且其中圆柱形腔体吸热器比另外3种结构吸热器具有更好的光学性能。     

非跟踪非对称复合平面型太阳能聚光器设计与光学性能模拟

提出一种新型的非跟踪非对称复合平面型反射聚光器,给出设计方法,利用基于蒙特卡罗光线追迹法的光学仿真软件,分析光学效率及吸收器上的能流分布。结果表明,增大平面镜数量n和设计角θ_0均可增大聚光器的几何聚光比CR。CR相同的聚光器在入射角大于θ0时具有相同的光学效率,聚光均匀性较好,且减小n值有利于获得更均匀的光强分布。     

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%。     

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%。     

塔式球面定日镜远焦距聚光原理

本文讨论了球面定日镜的聚光原理。在塔式聚光系统中采用球面定日镜可以提高聚光比,只需连续调节镜面曲率,就可以实现远焦距聚光。文中介绍了球面定日镜的“五线分析法”,对双曲率球面镜进行了分析,并导出了有关计算公式。     

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.     

带压缩空气储能的冷热电联产系统的(火用)分析

对一种带压缩空气储能的冷热电联产系统进行了热力学[火用]分析，得到了各主要部件和整个系统的[火用]损失及[火用]效率的变化规律。分析结果表明：空气透平绝热效率的提高对系统[火用]效率的贡献大于压缩机效率同样提高的功效；在其它参数确定时，存在最佳压比，可使系统的[火用]效率在该条件下达极值；高温换热器是新型冷热电联产系统中产生[火用]损失的主要部件，而循环水量的大小是影响高温换热器[火用]效率的主要因素。     

线性菲涅尔集热器光学特性实例分析与模拟

对线性菲涅尔集热器的聚光性能和光学效率进行了模拟与计算.根据几何光学原理,对集热器镜场各项光学损失(如余弦损失、阴影与遮挡损失)建立数学模型,计算出每项光学损失对应的光学效率.再用TracePro光学软件建立集热器的几何模型,利用光线追踪的方法,模拟入射到镜场的光线在模型空间的传播.光线在模型表面发生吸收、反射和散射等过程,追踪每束光线的光通量,计算得到集热器的光学效率和聚光比等性能参数.结果表明:通过数学模型和光学软件模拟得出的集热器光学效率一致,2种方法分别从细节与整体上剖析了影响集热器光学性能的因素,在集热器设计中可以结合使用,互相补充.     

太阳能电池聚光器的模拟优化

设计了三种槽式太阳能电池聚光反射器模型：梯形、圆弧形和抛物线形,在光学软件Fred中建立模型,利用软件提供的光线跟踪方法,针对其有、无跟踪太阳两种情况进行优化,得出了在这两种情况下,不同几何聚集比（C=1．5,2,2．5,3,3．5）时的最佳形状参数（倾角θ或高底比Hd）,为实际生产加工过程提供了指导,最后对比了三种聚光反射结构的优缺点。     

槽式复合多曲面太阳能聚光集热器光热性能研究

该文提出一种槽式复合多曲面太阳能聚光集热器,并对其进行光学仿真计算和实验测试研究,通过光学仿真软件模拟计算,研究跟踪误差、接收体位置和入射偏角等对其聚光效率的影响,基于光学仿真研究结果,在实际天气条件下对集热器的光热性能进行实验研究。结果表明,当跟踪误差为5°时,其光线接受率仍可达到82.26%,装置聚光效率随接收体距槽底的距离增加呈先增后减的趋势,晴天运行时,跟踪误差为10°时集热器出口油温比正入射时低3℃,当集热器中导热油流速为100 kg/h时,装置集热效率最高可达65.04%。     

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。     

基于多平面拟合的菲涅尔透镜优化研究

提出一种第一环中心透镜为球面,第二环起的外侧环带为倾斜平面的应用于高倍聚光光伏的等厚型菲涅尔透镜设计方法,并对前几环透镜进行基于多个倾斜平面拟合的优化设计,在此基础上进行光学仿真和实验验证,结果表明优化后透镜光学效率和光斑能量均匀性均有明显提升,透镜的实际光学效率可满足设计要求。该设计可为高倍聚光光伏模组用菲涅尔透镜的工程应用提供参考。     

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。     

聚光型太阳能分频利用系统的光学性能分析

提出一种基于折平板聚光器的光电光热分频利用系统,利用蒙特卡洛法对比分析3种不同结构分频利用系统的光学性能,重点研究集热石英管的几何参数、表面反射率及真空层对透光效率、光斑均匀性的影响。结果表明:先分频后聚光系统与先聚光后分频系统相比,前者具有更高的光斑均匀度与透光效率,但无法获得高品位热能;先聚光后分频系统中集热管形状分别为矩形与半圆形,矩形集热管系统的透光效率较半圆形集热管系统高,而光斑均匀度较半圆形集热管系统低;在石英管内外壁面间布置真空层,透光效率显著降低,能量损失主要由表面反射所引起。     

基于太阳能热发电系统效率的最佳运行温度

分别对汽轮机组热机效率和太阳能集热器效率进行了分析,并对热机效率进行了修正,得到了不同状况下的太阳能热发电系统效率和最优运行温度。研究表明:随着太阳辐照度、太阳能热发电系统聚光比的增加,系统效率提高,最佳集热温度升高;然而,当综合传热系数增大时,系统效率下降,最佳集热温度降低;太阳能集热器光学效率的变化,只影响系统效率,对系统的最佳集热温度影响不大。     

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℃。     

聚光式太阳灶技术知识讲座 第二讲 太阳灶的设计原理及方法(一)

一、截光曲面的选择截光面又称采光面,它是太阳灶获得太阳辐射能的接收面。截光面尺寸选取是否合理与太阳灶的效率、功率有密切的关系。早期制作的太阳灶大都应用旋转抛物面聚光原理,设计成对称的灶面,这种灶在太阳高度角较大时,能获得较好的聚光效果,但当太阳高度角较小时,则有相当部分反射光线不能汇聚到锅底。国内自1975年起对截光曲面的选取进行了研究,曾陆续提出一些设计理论和方法,如偏轴设计,正抛轴外聚光、有效面分析图表等。这些理论和方法对提高聚