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。     

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。     

空间薄膜抛物面聚光系统辐射能流密度的研究

结合薄膜聚光器的光学特性,同时考虑空间太阳形状模型、薄膜表面反射误差的概率模型,采用蒙特卡罗光线追迹法计算空间薄膜抛物面聚光系统接收面上辐射能流密度,分析薄膜聚光器的表面反射误差、焦径比、接收器的遮挡作用和接收器的位置对系统接收面上辐射能流密度分布的影响,为空间薄膜聚光系统的参数设计和性能分析提供参考。     

蝶式光伏发电聚光器的研制

通过跟踪聚光的方法,增加太阳光伏电池板的光照强度,使得同样数量的光伏电池板产生更多电能,并大幅度降低光伏发电系统的成本。介绍了一种自动跟踪太阳的蝶式光伏发电聚光器及其聚光参数优化过程,在保证聚光器的机械强度时得到了最佳聚光比。     

具有折射棱镜盖的圆桶式CPC聚光器研制与性能测试

在圆桶式复合抛物面聚光器(CPC)聚光器研究的基础上,增加一个透明的折射棱镜上盖,并进行一系列的整体优化设计,研制出一种新的非跟踪CPC聚光器,并通过对焦点温度和砷化镓电池光伏转换电流值的实际测试方式,测其水平放置并在超出最大入射半角后的聚光度分别达到3.0和5.3倍,可实现较好的非跟踪聚光效果。但该聚光器材料选型或加工工艺会限制其聚光性能。若这些问题得以解决,具有较高聚光度的非跟踪复合抛物面聚光器将会得到开发应用。     

可实现均匀能流分布的太阳能碟式/三角形腔体接收系统的光学特性研究

提出一种三角形腔体接收器应用到抛物碟式聚光系统,实现腔体接收器底部吸热器表面的能流均匀化。基于OptisWorks光学软件研究三角形腔体接收器的截面尺寸、腔体高度、腔体侧壁面的反射特征(镜面反射或漫反射)和反射率等对其光学性能的影响。光学性能指标包括腔体接收器的光学效率、吸热器表面的能流非均匀因子及其接收的总太阳辐射能。分析聚光器的扇形缺角、正方形聚光器和跟踪误差,以及三角形截面和腔体底部的裁剪对接收器光学性能的影响。结果表明,腔体接收器的壁面反射特征和反射率对其光学性能影响显著,提高腔体侧壁面的反射率和选择镜面反射材料能使吸热器获得更多的太阳辐射能。在腔体截面尺寸和壁面反射特征一定时,总存在一个较佳的腔体高度使吸热器表面的能流非均匀因子减小到0.1以下。此外,将三角形腔体裁剪成六边形或正六边形截面时也能获得均匀的能流分布。该文研究为吸热器表面能流均匀化提供了一种新的解决方案,可应用于碟式聚光集热和碟式聚光光伏领域。     

聚光光伏系统接收器结构及性能优化

以线性聚光光伏接收器为研究对象,以有效聚光率C=60、光强分布为正太分布为实例,研究了聚光不均匀时接收器温度分布和各材料层(包括电池层、焊锡层和绝缘层)应力应变规律。同时,为了消除光强非均匀分布对接收器性能的负面影响,对接收器结构进行了优化。结果表明,增加焊锡层厚度能有效降低材料Von Mises应力,同时通过适当增大散热器换热系数为代价,最终能有效消除因光强不均匀对脆弱焊锡层造成的损伤隐患,使接收器安全正常工作,达到性能优化的目的。     

国内太阳能聚光PV/T系统聚光器的研究进展

介绍了太阳能聚光光伏光热一体化(PV/T)系统聚光器的分类、国内研究现状,分析了目前聚光器设计中的3类曲面形式、聚光方式及其特点、主要材料等关键问题,总结了各类聚光器的数值模拟或实验研究的结果,并对聚光器的发展进行了展望,提出了聚光器的发展方向。     

碟式聚光器的月光聚光比分布计算模型

碟式聚光器和塔式聚光器均是点聚光系统,为了用月光法间接测量塔式聚光系统的聚光比分布,适宜用聚光稳定的碟式聚光器研究不同月相的光源亮度分布对聚光比分布的影响。主要建立月光下碟式聚光器的聚光比分布计算模型,首先依据拍摄的月相灰度图像建立分块均匀的光源亮度分布模型,再基于三维激光扫描点云数据生成准确的反射镜面形;在光线追迹过程中均匀采样镜面上的反射点,且考虑聚光器的跟踪误差;镜面的光学误差与光源的亮度分布合并为等效的光源亮度分布。模拟聚光比分布与实验聚光比分布的余弦相似度α>95%,光学模型准确性高。     

太阳能光伏聚光器技术进展

介绍了太阳能聚光光伏发电系统聚光器的分类、研究现状及国内外光伏聚光器的技术研究进展,指出了光伏聚光器研究中的难点,提出了光伏聚光器的发展方向,并对其发展前景进行了展望.     

新型太阳能膜蒸馏聚光系统光学性能模拟研究

利用太阳能加热膜蒸馏淡化苦咸水是一项水处理技术。通过对完整型抛物面聚光系统进行改造,建立了完整型抛物面、非完整型抛物面、同轴非完整型平移抛物面3种聚光系统的三维模型。利用蒙特卡洛光线追踪法模拟了经聚光器聚光在平板接收器表面的辐射强度分布。与其它两种聚光系统比较,同轴非完整型平移聚光系统的辐射强度峰值最小、均值相差不大,且有两条光斑,光学效率达到85.65%。针对同轴非完整型平移聚光系统,在焦距不变的条件下,模拟环数和边缘角对接收器表面辐射强度分布的影响,从而得出辐射强度随环数和边缘角的变化规律。     

复合抛物面槽式光伏聚光器性能研究

文章提出了一种复合抛物面槽式光伏聚光器,介绍了该聚光器的工作原理,利用Solidworks软件对其进行三维建模,并通过光学仿真软件对不同入射偏角、光伏组件不同安装位置时接收体表面的光线接受率和聚光效率进行计算。该课题组搭建了复合抛物面槽式光伏聚光器试验台,对该光伏聚光器的输出电功率进行了测试和对比分析。结果表明:当复合抛物面槽式光伏聚光器径向入射偏角的变化范围为0~7°时,光线接受率为99.35%~60.49%;聚光效率随轴向入射偏角的增大呈线性降低的变化趋势;光线接受率和聚光效率随光伏组件与入射光之间夹角的增大而降低;在自然天气条件下,复合抛物面槽式光伏聚光器的输出电功率约为相同测试条件下平板光伏组件的2倍。     

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。     

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。     

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。     

光伏聚光器的研究现状及发展趋势

介绍了聚光光伏系统降低发电成本的原理和光伏聚光器的研究现状。总结了光伏聚光器的分类方法和工作原理,并详细介绍了几种混合聚光器的性能特点。讨论了设计光伏聚光器时需要考虑的因素。最后介绍了新型聚光器的工作原理和特点,分析了光伏聚光器的发展趋势。     

内可逆热机太阳能塔式电站的热经济优化

实际的塔式太阳能热动力系统中,塔接收器的对流与辐射损失以及系统各换热器的传热热阻等不可逆过程总是存在的,在考虑这些因素条件下,建立塔式太阳能热动力系统的理论模型。以单位投资成本的产功量最大值为目标函数,分析系统的投资构成对系统经济性的影响。分析接收器工作温度、聚光比、内可逆热机的效率以及聚光器成本比例等参数对系统经济参数的影响,给出系统最经济工作条件。结果表明,合理选择接收器工作温度和内可逆热机效率都可让目标函数取最大值。在给定接收器表面温度和内可逆热机效率的情况下,聚光比和聚光器成本比例增加有利于提高系统的经济性。     

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%。     

槽式太阳聚光器的研究

提出了一种低倍聚光的抛物面槽式聚光光伏发电方式.从聚光器的聚光比入手,推导抛物面槽式聚光的能流聚光比的公式,分析了能流聚光比和各个参数的关系.依据这些关系式制成的低倍聚光装置适宜于普及,可节约光伏装置成本,增加光伏发电量.     

一种低倍聚光光伏系统的实验研究

提出一种拟抛物面聚光器,利用廉价的聚光器来代替电池组件,以此来降低成本。此聚光系统采用光电跟踪方法使聚光器始终正对着太阳。建立了实验系统,并通过实验分析此聚光光伏系统的性能。