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。     

菲涅尔聚光PV/T系统热电输出特性分析

基于螺旋式微通道冷却的菲涅尔聚光PV/T系统性能进行研究,分析太阳直射辐照度(DNI,G)、冷却水流速及入射角对其热电性能的影响。结果表明,增大冷却水流速可提高PV/T系统的光电转换效率,但当流速大于某一值后,系统光电转换效率基本保持不变;光热转换效率随流速的增大呈先增后减的趋势,且随着G的增大光热转换效率逐渐升高,当G为1000 W/m~2,冷却水流速为3.8 m/s时,系统光热转换效率可达43%;当G在200~1000 W/m~2范围时,光电光热综合效率最大值为79.55%,DNI对其影响较小;入射角的增大对系统能量转化与利用均产生不利影响,为保证系统高效运行入射角应控制在0.3°以内;同时,对菲涅尔聚光PV/T系统的输出性能进行试验测试,结果表明,呼和浩特冬季一日内,系统峰值功率13.89 W出现在G最大时,但光电转换效率最大值26%出现在G突降时刻。     

基于透射式菲涅尔聚光器的PV/T 系统性能研究

采用光线追踪的方法对外表面为圆形截面、椭圆形截面和抛物线形截面的3种类型的菲涅尔透射聚光器进行分析。利用光学仿真对比分析3种不同聚光器的聚光性能,分析其在聚光效率、跟踪误差敏感性以及入射光轴向倾斜对接收效率影响等方面的优劣。加工直径为1 m的圆形聚光器样件,基于该聚光器构建太阳能光伏光热一体化系统(photovoltaic/thermal system,后文简称PV/T系统),以砷化镓高聚光电池作为接收器,在实际的典型天气下对透射式菲涅尔聚光PV/T系统进行试验研究,测试接收装置的温度分布、系统电能和热能的输出特性以及热电综合利用率。结果表明:晴朗天气下透射式菲涅尔聚光PV/T系统中午时段的发电效率最大可达18%,冷却水得热效率最大值约为45%,在中午时段(11:00~13:00)辐照大于900 W/m2时,热/电总利用效率可保持在55%以上。     

菲涅尔式太阳能光热电站经济性分析

为了分析国内菲涅尔式太阳能光热发电技术的经济成本,本文基于华能菲涅尔式太阳能光热发电项目,分析了菲涅尔式太阳能光热发电项目的建设投资及能源平均成本,结果表明该系统的单位发电功率造价为25 346元/k W,单位发电成本为0.965元/k Wh(未含碳排放收益)和0.889元/k Wh(含碳排放收益)。此外,本文还讨论了太阳辐照、光电转换效率、贴现率、寿命等对单位发电成本的影响。与其他光热发电技术相比,菲涅尔式光热发电技术具有明显的经济优势。     

跟踪及安装精度对菲涅尔定向光输运装置的影响

该文基于对菲涅尔定向装置的研究，搭建其集热性能测试实验平台，并采用TracePro光学模拟软件，建立菲涅尔定向光输运装置的光学模型。在进行模型验证后，模拟分析跟踪误差和安装误差对光学效率的影响。研究结果表明：俯仰角、旋转角的跟踪误差会导致菲涅尔定向光输运装置光学效率的降低，并且俯仰电机误差范围应控制在±0.1°，方位电机误差范围应控制在±0.5°；当菲涅尔定向光输运装置中定向光输运器抛物反射面的焦点与菲涅尔透镜的聚光焦点存在安装误差时，菲涅尔定向光输运装置光学效率普遍下降，最大偏移量不宜超过0.1。但当偏移量不超过0.5时，将定向光输运器向下侧偏移或将菲涅尔透镜向上偏移，有利于提高菲涅尔定向光输运装置（LTF-SC）光学效率。该研究结果为菲涅尔定向光输运装置和菲涅尔中央接收式太阳能高温集热系统领域的研究和应用提供参考。     

菲涅尔透镜聚光光伏光热耦合系统性能模拟研究

建立带有嵌入式流道结构的低倍菲涅尔透镜聚光的光伏光热耦合系统数学模型,分别从聚光比、换热流体质量流量、几何和环境参数角度研究了耦合系统的光热光电性能。结果表明:随着聚光比增加,系统的热性能提升而电性能降低,且低Re数下聚光比对系统性能影响显著;系统各性能参数在小流量阶段变化剧烈,但变化速率逐渐减缓,直至趋于稳定;流道宽度w_1的不同造成系统性能随流道深度h变化特征的差异,根据Re数与换热面积所占比重可分为4个不同阶段;当太阳电池覆盖率Pa相同时,随着风速的增加,系统热性能参数缓慢降低,而电性能几乎不变。     

太阳能等照度带聚焦菲涅耳透镜研究

为了提高聚光发电时太阳电池的光电转换效率,从提高太阳电池表面会聚光强分布的均匀性入手,对传统平板型线聚焦透镜进行改进,提出一种用于聚光光伏发电的等照度带聚焦菲涅耳透镜设计方法。带聚焦菲涅耳透镜分为奇数个单元,每个单元宽度与太阳电池宽度相等,单元内所有尖劈角φ相等并将太阳辐射等宽度折射至太阳电池表面,从而实现各单元透过的太阳能等照度叠加。最大聚光比由光伏电池宽度、透镜与太阳电池间距以及透镜材料折射率决定。对带聚焦和线聚焦两种透镜聚光条件下电池表面温度分布情况进行比较分析,验证了等照度带聚焦透镜设计的可行性。     

太阳电池表面镀分光膜的CPV/T系统设计与光学分析

提出一种线性菲涅尔反射聚光分频光伏光热(CPV/T)综合利用系统,其太阳电池表面镀有分光膜,可将不利于光伏发电谱段的太阳辐射反射至热接收器进行光热利用。使用光线追踪法对此系统的结构参数和光学性能进行理论分析,结果表明太阳电池表面辐射能流密度均匀性好,热接收器光线拦截率高,所设计的分光膜能对太阳能进行有效分频利用,使系统结构紧凑,为进一步提高光伏光热系统总效率提供可能性。     

矩阵型聚光光伏光热一体化系统热电性能研究

提出了一种矩阵型聚光光伏光热一体化系统,设计并制作了具有传热效率高等优点的水冷型PV/T接收器;设计了聚光比为13.58的聚光太阳能系统,并建立了实验系统;研究了太阳辐射强度的变化对电池性能的影响,以及太阳辐射强度对聚光系统综合热电性能的影响。实验结果表明:在相同环境和实验条件下,聚光太阳电池输出的最大电功率为65.1 W,对应的光电转换效率为12.1%;非聚光太阳电池输出的最大电功率为8.3 W,对应的光电转换效率为13.4%;而矩阵型聚光光伏光热一体化系统的热电综合效率达到71%。     

复合抛物面聚光器（CPC）在光伏/热太阳能系统中的应用及实验

为研究复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrator,CPC)在光伏/热(PV/T)太阳能系统中的应用特性,分析CPC-PV/T集热器内部的热传输机理,建立CPC-PV/T太阳能系统的光热、光电能量转换理论。并对系统的光热、光电转换特性进行研究,结果表明,CPC型聚光器在PV/T系统中的应用,一定程度上会导致系统光热转换性能的降低,但能有效提高系统光电转换效率。另外,设计无聚光PV/T太阳能系统样机和CPC型聚光PV/T太阳能系统样机,并对2种样机的光热、光电特性进行测试及对比分析。其中,CPC-PV/T样机的热效率为39.6%、输出电效率5.4%,无聚光PV/T样机热效率为44%、输出电效率仅为4.1%,实验结果与理论分析结果一致。     

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...     

矩阵型聚光光伏光热一体化系统设计与分析

提出一种新型矩阵型聚光光伏光热一体化系统,基于热管技术,设计并制作热管式光伏光热一体化(PV/T)集热器,具有传热效率高等优点。其次,基于平面镜反射原理,设计矩阵型聚光器,架构简单。为了验证矩阵型聚光器的可行性,在Solid Works三维设计软件中绘制出矩阵型聚光器的三维实体模型,将该实体模型导入Trace Pro中进行光学分析,光学效率达到68.7%,仿真结果表明,本文设计的矩阵型聚光器是合理的、可行的。最后,本文提出聚光光伏光热一体化(c-PV/T)系统的光电光热总效率和光电光热综合效率,综合评价c-PV/T系统的系统性能。     

基于纳米流体的光伏热联用装置及其理论分析

利用纳米流体对太阳能辐射分频吸收与高效传热的性能,结合太阳能直接吸收(DAC)技术、菲涅尔聚光技术,构建了基于纳米流体的新型聚光太阳能光伏热联用(CPV/T)装置,并建立了装置的物理模型和能量平衡模型。采用计算流体力学方法进行模拟仿真和对比实验,分析了不同流速及流体工质下光伏组件及纳米流体的温度场。研究结果表明:基于纳米流体的CPV/T装置能够充分利用纳米流体辐射分频吸收与高效传热特性,取得对太阳能光伏组件冷却的更好效果,也获得了更高的光热部分流体出口温度;与仅背板冷却的普通光伏热装置相比,流体出口温度有较大幅度的提升,从而提高了光热部分的利用能级。     

一种菲涅尔式高倍聚光光伏光热系统的实验研究

提出并搭建一种新型的高倍聚光光伏光热综合利用系统,实现菲涅尔式点聚焦光伏系统与PV/T系统的有效结合,并对其进行实验研究。通过户外测试,对数据进行分析得出:直流电流与直射辐照呈正相关线性关系;在开始水箱温度低于约为40℃时,对输出直流电压影响小;水箱温度过高时,输出直流电压上升趋势减缓;系统峰值电功率可达12.10 kW;09:40~17:00,系统发电量为77 kWh;瞬时最高电效率高达28.90%,平均电效率为27.36%;瞬时最高热效率可达33.54%,平均热效率为30.02%;系统综合效率高达60.00%。     

一种新型全铝扁盒式PV/T热水系统

将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来,制成了一套自然循环式光伏光热一体化(PV/T)系统,在利用太阳能发电的同时提供热水。于04年7月-10月在合肥地区进行了室外实验,测试并讨论了该系统以不同水量和不同初始水温运行时的光电光热性能。结果表明,当m/Ac>80kg/m2时,这种PV/T热水系统的发电效率在10.15%左右,热效率在50%左右,光电光热总效率可以达到60%左右,光电光热综合性能效率可以达到70%左右。相对于单纯的光伏系统或自然循环式太阳能热水系统,这种PV/T热水系统具有占地面积小、综合效率高等优点。     

基于菲涅尔透镜聚光的遮阳伞温差发电系统

为了使太阳能可以得到更加充分的利用,设计了一种应用在大型遮阳伞上的半导体温差发电系统。本设计运用半导体材料的塞贝克效应,利用半导体温差发电片进行发电,通过菲涅尔透镜的聚光作用来为半导体温差发电片的热端加热,采用水冷的方式为其冷端散热,并用蓄电池储存半导体温差发电片所产生的电能。通过实验,得到了菲涅尔透镜与温差发电片的相对布置距离以及冷却水流速对温差发电片输出功率的影响。     

基于DAC概念的改进型聚光电热联用系统

基于DAC技术对传统的聚光电热联用系统(CPV/T)进行优化设计,采用水为吸热工质与常规硅太阳电池相结合对太阳能辐射进行分波段利用,分别完成光热转换和光电转换。对该改进CPV/T系统建立了辐射传递模型和能量平衡模型:首先,对太阳能辐射在系统中的传递过程进行了分析;而后对系统的光热单元和光电单元工作温度进行了计算。计算结果显示该系统光热单元温度不再受光电单元工作温度限制,随着聚光比的增加该系统光热单元可产出高温热能,其吸热工质出口温度可达到108℃,而相应的光电单元工作温度低于69℃,同时通过试验对系统光电性能进行了对比分析;最后对该CPV/T系统效率进行分析,得到其光热转换效率为32%,光电转换效率保持在8.6%～10.5%之间。     

双轴跟踪和单轴南北向跟踪CPV/T系统的热电性能研究

分别搭建了采用双轴跟踪和单轴南北向跟踪这2种跟踪方式的聚光光伏光热(CPV/T)系统实验平台,并对不同跟踪方式下的系统的热、电性能进行了测试.在实验条件基本相同的情况下进行了多次测试,结果表明,双轴跟踪C P V/T系统的平均光电转换效率和平均光热转换效率分别为13.0％和52.6％,均高于单轴南北向跟踪C P V/T...     

聚光太阳能热电系统的实验研究

利用所设计的2m~2槽式聚光热电联供系统,对晶硅阵列和砷化镓电池阵列进行性能测试实验,结果表明:砷化镓电池阵列的聚光特性优于晶硅电池阵列。优选出一定聚光比作用下性能较好的砷化镓电池阵列建立10m~2槽式太阳能聚光热电系统,实验表明:10m~2系统的电池阵列电效率为23.21%,系统光电效率和光热效率分别为9.88%和49.84%,系统(?)效率为13.48%,比基于槽式聚光加热真空管系统(?)效率高158%,比平板光伏发电系统(?)效率高16%。对采用空间太阳电池阵列的10m~2聚光热电系统性能分析表明,槽式聚光热电联供系统发电成本已与平板的持平,且每年还可提供4838.38MJ热量供用户使用。     

小型菲涅尔式CPV/T集热器光热特性研究

为充分利用建筑屋顶,解决光伏光热一体化(PV/T)集热器光电转换效率的高温减益问题,并提高太阳能综合利用率和集热品位,文章构建了一种基于太阳光谱分频利用技术的光伏/光热模块分离式的小型聚光式PV/T集热器。通过建立其光/电/热理论分析模型及TracePro/Fluent数值仿真模型,以南京地区气象数据为例,综合分析其光/电/热性能,结果表明:该集热器以与安装地纬度等值的倾角南北轴向放置时,其年均光学效率为64.97%,工质出口温度为90℃时的系统光电/光热效率分别为12.47%,40.09%,系统综合热效率达72.91%,且其结构简单、外形轻薄,有望实现与普通建筑的有效结合。