具有均匀照度的高倍太阳能聚光器

利用非成像光学方法,设计了适用于聚光光伏系统的高倍聚光器。为了提高电池表面的照度均匀性,在设计中引入匀光器,并综合优化容忍角和光通过率等关键参数。设计完成的带有匀光器的TIR-R(Total Internal Reflection-Refraction)太阳能聚光器,可使电池表面光照最大强度不大于平均值的2倍,容忍角达到1.53°,聚光倍数为1256倍。仿真表明,太阳光发散角可改善光照均匀性,而聚光器材料色散则主要造成容忍角减小。     

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。     

抛物柱面聚光器焦面能流分布特性研究

采用蒙特-卡罗法对抛物柱面聚光器聚焦光斑能流密度进行计算,分析聚光器的表面形状误差、跟踪误差、接收器位置误差、接收器的遮挡、太阳形状、漫反射和聚光器边缘角对焦面能流分布的直接影响,为该面型聚光器的系统设计、安装和能流密度测量提供依据.     

基于菲涅尔聚光的太阳能砷化镓电池热特性分析

以菲涅尔三级聚光器和三结砷化镓太阳电池芯片为研究对象,利用Trace Pro模拟菲涅尔高倍聚光条件下电池芯片表面的能流密度分布,并将结果导入ANSYS中作为三结砷化镓太阳电池芯片的边界条件。通过有限元模拟了电池芯片的温度和热流分布,并利用热-结构耦合分析法,得到了电池芯片的热应力分布。结果表明:三级聚光器能有效提高聚焦光斑能量均匀性、增大系统接收角,从而降低热应力,提高光伏系统的整体性能。     

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。     

考虑太阳张角的聚光器设计北大核心CSCD

通过聚光等形式提高光能密度,减少光伏材料的使用量,有助于保护环境和节约能源。文章提出一种新型聚光器设计方案,其在分析太阳张角对光路影响基础上,对聚光器模型进行改进,并得到接收器上反射光线分布规律。根据节省材料比和聚光硅电池效率选取聚光器参数,建立聚光器三维模型,在TracePro软件中进行仿真,得到接收器表面的辐照度分布和总光通量,与传统光伏聚光器聚光效果对比,验证聚光器模型的有效性,为聚光光伏发电系统的实物设计奠定了理论基础。     

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。     

基于热电效应高倍聚光焦面能流密度测量研究

焦面能流密度分布是评价太阳能聚光器聚光效果的关键因素,对聚光太阳能电池或热发电接收器的设计、安装和传热分析等起到了决定性作用。利用铠装热电偶高温测量的优势,提出基于热电效应原理的能流密度分布间接测量方法。通过ANSYS软件构建铠装热电偶的传热模型,将聚光太阳能能流作为输入,对其稳态传热过程进行分析,得到能流密度与输出温度之间的热力学函数,利用此函数的反函数开展高倍太阳能聚光焦面能流密度的测量。研究了风速和环境温度对模型的影响。结果表明：风速对该函数关系影响较大,环境温度影响很小。采用菲涅尔透镜搭建实验系统,对模型进行了验证,能流密度大于600 kW/m²时,实测数据与模型的相对误差在5%以内,模型的准确度较好。     

塔式光热电站定日镜不同聚焦策略的影响分析

以某50 MW塔式光热电站为仿真对象,根据电站的主要仿真参数,建立了光热电站定日镜场模型和圆柱形外露式吸热器模型。针对定日镜简单聚焦、交替偏移聚焦和正态分布聚焦3种不同聚焦策略,选取典型气象年的气象数据,采取光线追迹法,通过计算得到在设计点工况、夏至日全天以及不同镜场布置条件下吸热器表面能流密度的分布情况,比较分析了3种不同聚焦策略对吸热器安全性的影响。结果表明:3种聚焦策略中,交替偏移聚焦策略较好地缓解了吸热器表面能流密度分布不均的现象,具有较高的安全性。     

中温槽式集热器的聚光特性模拟及误差分析

基于Monte Carlo光线追踪法,该文建立中温槽式集热器光学性能仿真模型,分析南京典型日集热器光学效率和接收器表面的能流密度分布。在仿真模拟的基础上以南京夏至日真太阳时12:00(北京时间11:55:04)为例,分析外形误差、跟踪误差及安装误差对集热器聚光特性的影响,得到集热器的外形误差需满足κ≤2.5 mrad,跟踪误差需满足Δp≤0.3°,接收器中心偏离焦线轴的距离在X轴方向需满足ΔX≤0.6 cm,在Z轴方向需满足-0.4 cm≤ΔZ≤0.8 cm,可保证光学效率不低于75%及接收器表面能流密度分布较均匀。     

非对称槽式抛物面聚光器的仿真与性能研究

基于光学成像原理,设计了一种由两个不同抛物面组合而成的、适于在太阳能中低温集热领域应用的新型非对称槽式抛物面聚光器。文章介绍了该聚光器的工作原理,并在计算机上三维建模,利用光学分析软件计算了其中所安装的圆管型接收器和平板型接收器的光学效率,分析了接收器上的光线接收率随入射偏角的变化趋势。研究结果表明,新型非对称槽式抛物面聚光器在入射偏角为6°时,圆管型接收器表面的光线接收率达到71%;在最大尺寸条件下,圆管型接收器的接收效果优于平板型接收器;实际测试所得的装置聚光热效率为34%。     

内聚光型太阳能光电-光热复合管的光学设计

根据非跟踪内聚光型太阳能光电-光热复合管的结构形式及其受光体的特殊需求,采用Winston的CPC设计原理,对圆管内具有特殊形状的半圆柱接收器的复合抛物面聚光器进行光学设计,得到了较为理想的聚光器设计曲线,并对结果进行数值仿真,给出各入射角的光线分布图和光强分布图。     

极轴式定焦点菲涅尔聚光器设计及焦斑位置偏差研究

基于菲涅尔透镜的聚光特性和极轴跟踪原理,提出一种能实现定焦点聚光的太阳能聚光器,详细分析聚光器的定焦点聚光原理,并搭建实验平台对其聚光焦斑位置偏差进行红外热成像分析。实验结果表明,全天聚光焦斑相对位置偏差最大值为5.72%,且焦斑基本分布于以基板中心为圆心、半径50 mm的圆环区域内,即实现定焦点聚光。同时利用TracePro值为3.56%,且焦斑分布情况与实验基本一致。结合全年太阳赤纬角的变化,对真太阳时为08:00～16:00的聚光焦斑位置偏差情况进行模拟分析,结果表明该聚光器的全年聚光焦斑相对位置偏差最大值为4.84%,进一步验证了聚光器能实现全年定焦点聚光。     

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。     

一种非跟踪型太阳能复合聚光器的设计与实验研究

设计一种非跟踪型光电光热复合管以同时得到电能和热能,利用Matlab对聚光器曲线的形状进行优化并对结果进行数值仿真,对不同吸收体形状之间进行数据比较,得到最佳吸收体形状。给出不同入射角的光路图和下表面聚光比分布图,证明下表面得光也较均匀,可避免因高温热应力对太阳电池产生的损坏。最后实验测试下表面平均聚光比,与仿真的结果较为吻合。最后得出下表面三角形腰长为14.5 mm时最为合适并给出设计图。     

液浸聚光光伏冷却系统的实验及数值研究

为了解决聚光光伏系统的散热问题,设计一种液浸聚光光伏冷却系统,研究进出口位置对液浸接收器传热性能的影响,并数值模拟接收器传热和流动性能对接收器截面几何尺寸的敏感度。结果显示：进出口位置是影响接收器性能的主要因素。在辐照强度为1.27 W/cm²、进口温度14℃、流量5.5 L/min条件下,I-型接收器的光伏电池平均温度比S-型降低7℃左右。对于截面为1 200 mm²的接收器,宽高比α为1∶1时接收器具有更好的发电性能。宽高比α为3∶1时,光伏电池温度增加3.72℃,电池温度不均匀度增加65.6%。     

小尺寸稀疏镜场能流密度分布模拟研究

基于接收面的光斑等效法,通过MATLAB软件模拟,提出了一种优化接收器表面能流密度分布计算时间的方法,分析单台定日镜和定日镜场的光斑能流密度分布规律。通过研究光斑边缘的能流密度与光斑中心能流密度的比值来分析小尺寸定日镜形成光斑的均匀性。结果表明：提出的计算方法不需要直接算出接收面网格点所有能流密度,对比蒙特卡洛法可缩短68.47%的计算时间;上午随着太阳从东升起,光斑能量主要集中在接收面的中偏右区域;下午随着太阳向西落下,光斑能量主要集中在接收面中偏左区域;采用小尺寸定日镜得到比大型定日镜更加均匀的光斑,在夏至日正午12点时,能流密度均匀性比值可以达到0.238。     

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。     

抛物面聚光系统双面受热平板接收器热性能研究

为提高太阳能光热转换效率,对同轴非完整型平移抛物面聚光系统进行三维建模,采用蒙特卡洛光线追踪法进行追踪。分别改变接收器和聚光器放置位置,对聚光系统进行优化。通过分析双面受热平板接收器的能量传递及转换过程,建立平板接收器的理论计算模型。对接收器进行热性能计算,分析其热性能的变化规律。研究表明:综合考虑接收器辐射强度均值、辐射热流均匀性、辐射面积等因素的影响,选择将接收器吸热板放置于抛物面轴线远离焦点20~35 mm范围内;环境温度在0~30℃变化时,与单面受热接收器相比,双面受热接收器的热效率提高了8.18%~37.01%。     

漏斗式二级复合抛物面太阳能聚光器的优化设计

构造了一种由二级复合抛物面(CPC)叠置组成的漏斗式太阳能聚光器,对其性能进行了讨论.为改善第二级CPC的最大聚光角,重点对其进行了变尺寸设计,理论导出了各参数间的关系,给出了最优参数范围.指出,在合理配置第二级CPC各设计参数的条件下,其最大聚光角可达30°～35°,有效地增加了整体光漏斗的导光率和最大聚光角.在实际天气条件下,对一个实际二级复合抛物面太阳能聚光器进行了实验测试,给出了不同入射角条件下系统的导光性能曲线,对实验结果进行了讨论,指出了改进方向.