线性菲涅尔反射式太阳能集热系统的设计与试验研究

本文研究了线性菲涅尔反射式太阳能集热系统,基于几何光学原理计算模拟了线性菲涅尔反射镜镜场和复合抛物面的接收系统,在减少末端损失的基础上设计了系统的机械结构,制作了线性菲涅尔反射式太阳能集热系统的装置,并进行了集热性能的实验测试。测试结果表明,该系统在9倍聚焦倍率下,导热油的最高温度可达176.2℃,系统的平均瞬时热效率约为53%,很好地实现了其集热性能。     

基于DSP的线性菲涅尔太阳能集热系统设计与实现

针对线性菲涅尔太阳能集热系统普遍存在遮挡和阴影等特点,提出了一种设计方法,并设计了一套线性菲涅尔太阳能集热系统。在该系统中,镜场微弧面反射镜按照一定初始角度安装,并通过设计的DSP单轴跟踪控制器,控制反射镜跟踪太阳,将太阳光线反射到镜场上方固定安装的三角形腔体吸收器上,实现太阳能集热。通过精度检测实验和光学镜场模型仿真,验证了该系统应用于线性菲涅尔太阳能的正确性和可行性。     

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...     

一种采用腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器性能分析与优化

通过理论与实验的方法,对一种采用方形腔体吸收器的线性菲涅尔太阳集热器的集热性能进行研究,分析影响菲涅尔集热器光学性能和集热性能的影响因素,通过Matlab编程模拟集热器的集热性能,并由实验测试进行验证。该集热器的光学效率为78.6%,最高集热温度为180℃,在集热温度80~150℃的范围内,集热效率从52.3%变化到36.2%,热损系数从9.5 W/(m~2?K)升至22.8 W/(m~2?K)。与此同时,通过Trace Pro软件模拟,对集热器的设计结构进行优化分析。研究表明:该菲涅尔太阳集热器具有良好的集热性能,在适宜的天气条件下运行稳定可靠,且具有易搭建、维护简单和技术经济性好的特点,在中温太阳能的热利用领域具有良好的应用前景。     

反射式线性菲涅尔集热器性能的实验研究与模拟分析

采用热网络法建立菲涅尔集热系统CPC腔式接收器的数值传热模型,搭建集热器系统,实验研究集热器效率、CPC腔的集热性能。利用数值传热模型分析太阳辐照度、镜场宽度、工质入口温度和质量流量的变化对系统出口温度和效率的影响,以期为菲涅尔集热器出口参数的控制提供依据。实验数据验证了模型的有效性,模拟结果显示,质量流量对工质出口参数影响最大;镜场宽度和辐照度对集热效率的影响最为显著;菲涅尔集热器的热效率可达68%。     

太阳能线聚焦腔体结构吸收器热迁移因子理论分析

对4种用于线聚焦太阳集热器的腔体吸收器的热迁移因子和效率因子进行理论分析,获得热迁移因子的理论表达公式。搭建了以菲涅尔透镜为聚光器和以抛物槽式反射镜为聚光器的聚焦太阳能集热系统实验台,通过实验验证了热迁移因子理论公式的合理性。结果表明,三角形腔体吸收器具有最好的集热性能。在理论指导下对三角形腔体进行了优化:直接利用管道作为吸收器管道从而提高了热传导;选择合适的管道内径;聚焦比保证在40以上;加大流速强化对流换热。当采用菲涅尔透镜为聚光器时,其热迁移因子为0.834;采用抛物槽式反射镜为聚光器时,优化后的三角形腔体吸收器的热迁移因子可达到0.940。     

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。     

专利信息

本发明为一种太阳能热水器。它由光采集器、热吸收器、水管道、储水器等组成。光采集器至少包括一个条形菲涅尔聚焦透镜，用来提高提高太阳能热水器的光源能量密度，将太阳光聚焦在热吸收器上。条形菲涅尔透镜为一组相互基本平行的三棱透镜，三棱透镜组构成一个平面组合。     

太阳能蓄热空气罐供暖系统实验研究

菲涅尔透镜式太阳能集热器具有环保、经济和结构简单等优点。文章利用带有自动跟踪控制系统的小型菲涅尔透镜式太阳能蓄热空气罐对空气进行循环加热,通过观测太阳辐射强度、外界环境温度以及通风管出口温度的变化情况,分析太阳能蓄热空气罐供暖系统的各项性能。分析结果表明:太阳能蓄热空气罐供暖系统集热效率的最大值可以达到60%;通风管出口温度比环境温度约高出50℃。利用太阳能蓄热空气罐供暖系统在冬季进行供暖是可行的。     

线性菲涅尔反射式太阳能热发电系统研究进展及应用

介绍了线性菲涅尔反射式太阳能热发电系统的特点及及其优点,论述了现阶段对线性菲涅尔反射式太阳能热发电系统最新的理论及实验研究进展,最后介绍了线性菲涅尔反射式太阳能热发电站的应用情况。     

复合抛物面聚光器在线性菲涅尔聚光上的应用

简述了线性菲涅尔的聚光原理及国外研发机构的相关应用现状,针对聚光器面临的技术难题,研制出一种复合抛物面聚光器,简要介绍其组成结构及反光板曲面形状.结合该技术在世界首座屋顶式太阳能菲涅尔热发电站上的应用并经过相关测试.论证了此聚光器技术具有明显的优势和广阔的应用前景,提高了线性菲涅尔聚光集热器在太阳能热发电、中温工业应用等领域的市场竞争力.     

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%。     

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。     

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。     

线性菲涅尔一次镜场光学效率分析

对线性菲涅尔太阳能集热一次镜场的光学效率进行了数值计算。用最大采光半角θ、反射镜列数n和镜场填充率μ来描述镜场,计算一次镜场光学效率随光线入射角γ的变化趋势。该算法的计算结果与Trace Pro及Sol Trace的计算结果一致。分析表明:线性菲涅尔一次镜场的光学效率受相邻反射镜列间的遮挡和阴影影响,加大光线入射角,镜场效率明显下降;在无阴影和无遮挡的情况下,随着入射角γ的增加,与光线垂直入射相比,镜场效率按cosγ/2倍率下降。通过计算得到光线垂直入射时,镜场不发生遮挡的临界镜场填充率及其对应的光学效率。研究结果显示:减小最大采光半角能显著增加镜场光学效率;当最大采光半角为45~60°、在正午前后6~8 h,不发生阴影和遮挡的临界镜场填充率一般低于75%;与抛物线槽式聚光器相比,设计良好的线性菲涅尔一次镜场反射镜的阴影和遮挡,使正午前后6~8 h的平均光学效率下降5.0%~8.3%。     

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℃。     

电磁联动追日跟踪技术在线性菲涅尔聚光上的应用

通过对电磁联动追日跟踪装置的结构和优点的阐述,结合该技术在世界首座屋顶式2.5MW太阳能菲涅尔热发电站上应用,论证了电磁联动追日跟踪技术具有明显的优势和广阔的应用前景,提高了线性菲涅尔聚光集热器在太阳能热发电、中温工业应用等领域的市场竞争力.     

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。     

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。     

反射式顺向聚焦整体跟踪式高温太阳能集热装置

提出了一种新型组合抛物面聚光器,实现了对太阳光的反射式顺向聚焦.该新型聚光器与一个腔体式集热器结合,组成了一个具有整体跟踪功能的中高温太阳能集热装置.介绍了该组合抛物面聚光器的工作原理和设计方法,给出了其重要的设计参数.同时,在实际天气条件下,对该新型中高温太阳能集热装置进行了实际测试,给出了实际运行结果.实验结果表明,在北京冬季条件下,装置的空晒温度最高可达330℃,有负载时集热效率可达43%,可广泛应用于太阳能高温集热领域.