三种低倍聚光比的CPC的实验对比研究

设计和制作3种不同聚光比的非跟踪复合抛物面聚光器(CPC),并基于光学软件模拟3种CPC的光学效率。搭建开口面积均为1.05 m~2聚光比分别为1.50、2.00和3.00的真空管CPC实验系统。测试进口温度分别为14、30、50、70和90℃时3组CPC的集热效率,拟合得出1.50×CPC、2.00×CPC和3.00×CPC的截距效率(光学效率)分别为0.699、0.682和0.660,热损系数分别为1.42、1.09和0.69。结果显示在较低集热温度下,1.50×CPC具有更高的热效率;在较高集热温度下,因低倍CPC热损的增加,3.00×CPC具有更高的热效率。     

国产直通式太阳集热管性能研究

采用某国产直通式太阳集热管(中温集热系统核心部件),搭建435 m~2微弧菲涅尔聚光集热系统。建立该集热管一维稳态传热模型;分析热损失随真空度、金属管内壁与环境的温差和风速的变化规律;考察太阳辐照度、聚光比以及导热油流量对集热效率的影响;对集热效率进行实验测试。结果表明:模型计算值和实验值偏差小于2%,可用于传热性能预测。真空度和温差是影响热损失的主要因素,应保持气体压力小于0.013 Pa;通过非线性回归建立温差和热损失的关系式。聚光比为25,太阳直接辐照度为625 W/m~2时,集热效率达到55.4%;合适的操作流量为3.5 m~3/h。集热温度低于200℃时,该集热管的集热性能与UVAC3相当,可用于太阳能中温热利用领域。     

基于腔体的双轴槽式系统集热特性动态测试

以倒梯形腔体接收器为集热器的双轴槽式太阳能聚光集热系统为研究对象,通过实验测试和归一化温差的方法,对该系统不同接收位置下的集热性能以及不同流量工况下的瞬时集热效率进行测试,研究结果表明:腔体接收器放置在不同接收位置会表现出不同的光热转换性能,不同流量下对应的最佳接收位置不同;通过归一化方法处理可得到600、700、800、900 L/h 4种流量工况下对应最大集热效率以及热损失系数,并通过多项式拟合得出热损失系数与流量的变化关系式为y=139.06-0.29x+0.0002x2,可用来指导工程实际应用。     

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。     

一种高倍聚光型太阳能蓄热器的设计研究

采用控制变量法,研究高倍聚光型太阳能蓄热器在不同聚光倍数下实际获得的总能量、集热温度及导热油温度的关系,流量与导热油温度的关系。研究表明,当聚光比为330时,太阳能集热效果最佳,当质量流量为0.0035 kg/s时,微通道内导热油温度最高且系统运行效率最高。     

跟踪式CPC热管真空管集热器聚光及集热特性

将曲柄连杆单轴跟踪技术与CPC(复合抛物面聚光器)热管真空管太阳集热器集成,研制一套聚光比为2.3的跟踪式CPC集热器。基于Trace Pro光学软件模拟其跟踪模式下的聚光行为,并对不同跟踪模式下的集热特性进行实验研究。模拟得到横向投影角θt是影响CPC集热器光学性能的主要因素,θt为-23.5°~23.5°时,入射角修正因子(IAM)达到0.95~1.14;跟踪可有效缩小θt,将光学效率提高30%以上;采用三点式间歇跟踪即可获得高于60%的光学效率。实测集热效率分布和光学效率模拟值趋势一致,系统跟踪时高效集热时间为固定式的2.7倍,平均集热效率达到固定式的2.1倍。集热效率归一化线性良好,效率截距为52%,和光学效率模拟值偏差小于12%,佐证了模拟分析结果。     

改进型微热管平板太阳能空气集热器性能分析

近年来,以空气作为换热介质的太阳能集热器越来越受到重视。本文以微热管阵列为核心传热元件,设计并搭建了改进型微热管平板太阳能空气集热器性能测试系统。通过实验研究了不同空气流量和不同进口温度对集热器集热性能的影响,获得相应参量对集热器的出口空气温度、集热效率和微热管阵列蒸发段温度的影响特性,分析对比了改进前后集热器的集热性能,得到了集热器效率的归一化曲线。实验结果表明,改进型微热管平板太阳能空气集热器在夏季240 m³/h空气流量时集热性能最佳,改进后的集热器相比原集热器在夏季的平均集热效率最高同比提升13.8%;在240 m³/h风量下的平均集热效率最高达到了74%,对应集热器的压降为9.2 Pa。     

新型槽式太阳能聚光集热器的研究与试验

设计了一种新型槽式太阳能聚光集热器,分析了工作原理和设计参数,建立了由该集热器组成的太阳能集热系统,并进行了试验测试。文章给出了采用不同接收器的升温曲线和效率计算值,对不同布置方式的集热性能进行了比较。试验结果表明,该装置具有较高的集热效率,运行温度在80℃时,效率达到35%以上。     

散射占比对低倍CPC热性能影响的对比实验研究

搭建聚光比分别为1.5、2.0和3.0的复合抛物面聚光器(CPC)对比实验系统,在集热器进口温度110℃条件下,对比实验研究散射辐照占总辐照比例(散射占比)对3种聚光比CPC系统集热性能的影响,并对我国不同地区典型辐照资源条件下CPC聚光集热的热性能进行分析。结果表明:散射占比对低倍CPC集热性能有明显影响,对于同一聚光比CPC,CPC热效率均随散射占比的降低而提高;对于不同聚光比CPC,1.5×CPC在散射占比高时热效率最高,3.0×CPC仅在散射占比低的晴天具有最高热效率。     

旋转抛物面聚光器焦平面温度经验计算式的研究

旋转抛物面聚光集热器,由于用途不同,制作要求和工艺不同,达到的镜面精度不同,因此吸收器表面上的集热温度也不相同。集热温度是聚光集热器的一个重要参数,它直接影响聚光集热器的使用和热效率。 文献[1—3]提供了理想镜面在特定条件下的最高集热温度的计算公式,显然,其计算结果与实测结果差别较大。本文借助文献[3]中三维聚光集热器集热温度T_m计算式,运用当量法,找出了假口径比n_b和偏差系数K_(i1),对T_m进行了修正,给出了与实测结果误差较小的经验计算式。     

平板型太阳能热水装置性能实验研究

结合浙北地区的气象条件,构建了分体承压平板型太阳能热水装置,对其性能进行实验研究。结果表明:较低的集热介质温度可保证较高的集热效率,集热介质温度为18~35℃时对应集热效率为54%~45%;太阳辐照度对装置平均效率影响不大,当辐照度平均值为620~950 W/m2时装置平均效率分布为34%~43%;蓄热水箱的最高终温可达60℃;并分析了集热介质循环方式、集热介质流量及环境因素对装置性能的影响。此研究可为太阳能热泵供暖系统的设计优化提供参考。     

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。     

新型V形接收体复合抛物面聚光器性能分析

复合抛物面聚光器中的接收体多为翅片式玻璃真空管,该接收体不适合对气体介质进行聚光集热。文章设计了新型V形接收体复合抛物面聚光器,通过在单层玻璃管中嵌入V形不锈钢板,实现了聚焦太阳能的光热转化,提高了空气介质的温度。文章利用光学仿真软件对复合抛物面聚光器内光线的传播情况进行了模拟计算,并在实际天气条件下,测试了不同空气流速对V形接收体出口温度的影响,研究了聚光器内封闭空腔和玻璃盖板的温度变化趋势,通过计算得到了复合抛物面聚光器的集热效率。分析结果表明:接收体出口温度随着空气流速的减小而升高,当空气流速由3.03 m/s减小至1.03 m/s时,接收体出口最高温度由44.13℃升高至70.9℃;复合抛物面聚光器集热效率随着空气流速的增大而增大,当空气流速由1.03 m/s增大至3.03 m/s时,复合抛物面聚光器平均集热效率增加了47.91%。     

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。     

一种槽式太阳能空气集热器热性能的试验研究

为了研究日光温室用槽式太阳能空气集热器的热性能,基于TracePro光学模拟软件设计了一种槽式太阳能空气集热器,对其进行试验研究,分析了不同因素对集热性能的影响规律。实验结果表明,管中空气流速的变化对集热器集热效率和集热量的影响规律是相同的,在不同的流速下,存在最佳空气流速约为4.4 m/s,使得集热器的集热量和集热效率最大,集热量达到373.2 W,集热效率约为25%,此时集热性能最好。对于不同太阳辐照度,正午时刻之前,太阳辐照度越大,集热器的集热效率越大,正午时刻之后,集热器的集热效率基本保持不变,15:40之后集热器集热效率逐渐减小。当太阳辐照度和管中流速相同时,室外温度越高,集热器集热效率越大,集热性能越好。集热管中空气温度沿着集热管出口方向不断增大,太阳辐照度越大,集热管相同位置空气温度越高。该研究结果可为此种槽式太阳能空气集热器在日光温室的应用中提供参考。     

槽式太阳能聚光集热系统在不同跟踪模式下的对比

根据合肥地区的实测气象数据,采用数值模拟和实验分析相结合的方法,对槽式太阳能聚光集热系统在春、夏、秋、冬4个典型工况下的3种不同跟踪模式(二维跟踪、东西向跟踪和南北向跟踪)的性能进行研究和分析。结果显示:采用东西向跟踪时,系统的集热性能主要受一年四季太阳位置的变化以及太阳辐照强度的影响,夏季时系统集热效率最大,达到0.351,冬季最小,降至0.196;而采用南北向跟踪和二维跟踪时,系统的集热性能主要受太阳辐照强度的影响,其中,南北跟踪时系统效率为0.300～0.312,二维跟踪时系统效率为0.347～0.363。     

接收体对太阳能建筑采暖用聚光器性能影响

针对液体循环介质太阳能建筑采暖系统存在的夏季过热、投资成本高、占地面积大等问题,搭建空气集热太阳能槽式复合抛物面聚光建筑采暖系统,理论分析和试验测试聚光器中单层玻璃管内不同位置平板接收体对聚光器性能的影响,在此基础上,将平板接收体优化为等边三角形接收体,在实际天气条件下,测试不同空气流速对集热器进出口温差、腔内温度、集热效率等的影响。结果表明,晴天正入射时,α=0°布置的平板接收体两侧平均温差为0.5℃,平均集热效率为55.49%,比α=90°时聚光器平均集热效率增加了32.32%;当空气流速为1.03 m/s时,采用等边三角形接收体的聚光器进出口平均温差为53.9℃,腔内温度为50.4℃,比环境温度高28.8℃;当空气流速为3.03 m/s时,聚光器集热效率为70.76%。     

基于模糊推理的碟式太阳能跟踪系统改进研究

在碟式太阳能系统的长期实验数据中发现,太阳辐照度较低时系统集热效率非常低。为使碟式太阳能系统始终运行在高集热效率状态,提出模糊推理方法改进跟踪系统的启停判定条件,并根据集热器出口气流温度的影响因素建立模糊推理系统。仿真结果表明模糊系统在已知太阳辐照度、辐照变化度和空气流量的前提下,可智能控制系统在集热效率高时运行,集热效率低时待机,证明了该方法的可行性和有效性。     

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%。     

低熔点熔盐在槽式太阳能集热中的初步实验研究

为了掌握熔盐在槽式太阳能热发电中的运行规律,将一种熔点86℃、上限工作温度550℃的低熔点熔盐Hts用于所搭建槽式太阳能聚光集热试验台的传热工质,测得稳定、可靠的熔盐流量,得到集热管在不同熔盐温度下的热损失,初步掌握熔盐在槽式太阳能集热系统中的运行规律。通过实验运行解决熔盐在槽式太阳能热发电系统中易于凝固堵塞管路和设备、非聚光状态下能耗过高的问题,进一步提高系统的可靠性。