太阳能腔体式(黑体)集热管设计与优化

在槽式太阳能集热装置中,为了减少吸热管与外界的对流损失,一般采用真空集热管。为此,设计出一种新型腔体(黑体)式集热管,以质优价廉的优势适应中温(100~250℃)的应用场合。建立槽式太阳能聚光三维模型,分析了聚光器的焦距、聚光器跟踪误差角与腔体开口宽度之间的关系,对腔体结构进行了优化。并基于TracePro软件,对集热管进行聚光性能模拟。结果表明,在跟踪误差存在的情况下,聚光器聚光效率达到80%,验证了实际工作中的可能性。     

用于线性菲涅尔式聚光系统的复合抛物面聚光器

为了分析复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Collector,CPC)的几何光学效率及影响因素,为线性菲涅尔式聚光系统的优化设计和实际应用提供理论依据。根据用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC特点,在Matlab软件中建立模型并进行光线跟踪计算其几何光学效率。利用TracePro软件对几何光学效率模型进行验证。最后,采用该模型分析吸热管外径公差、吸热管位置偏移和线型误差对CPC几何光学效率的影响。结果表明:间隙为32.5mm、接收半角为55°、截取比为0.3的CPC配合外径为70mm的吸热管,当吸热管外径公差小于-0.4mm、水平方向存在偏移、垂直方向存在正偏移或线型轮廓增大等因素时,其平均几何光学效率迅速减小。实际应用中应尽可能避免以上因素,或者设计时减小CPC入射角的范围,从而降低对CPC平均几何光学效率的影响。     

线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置与优化

单根真空集热管和复合抛物面聚光器(CPC)组成的接收器(单管接收器)对线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置有特殊要求。本文根据单管接收器的特点,提出了利用CPC最大接受半角控制镜场高宽比实现镜场无阴影布置的方法。利用几何关系推导了镜场无阴影布置的数学表达式,并给出了数值计算方法。通过算例,将一次反射镜和镜场中心的距离与镜场地面覆盖率相结合对镜场布置进行了优化。研究结果表明:对于CPC最大接受半角为45°、反射镜宽度为380mm、而反射镜列数为21的镜场,当系统无阴影工作时间确定为6h时,相邻一次反射镜间距最大为537mm较为合理,而此时地面覆盖率为73.28%。该方法对于单管接收器线性菲涅尔聚光镜场的布置具有普适性,对线性菲涅尔式聚光系统的设计具有较好的指导意义。     

关于复合抛物面聚光器设计参数的研究

针对现行复合抛物面聚光器(CPC)设计理论不能直接支持在tracepro软件中建立模型的不足,结合tracepro的特点,推导了实际设计和建模所需要的焦距f,入射口半径r及最大聚光角θ_(max)三个关键参数的计算方法并实现了CPC的建模。该方法为CPC的定量设计提供了数学依据,有利于优化设计以及光学模拟和光学分析的实现,从而提高了设计效率,为其在太阳能利用和照明领域等非成像光学应用方面提供更好的使用价值和前景。     

槽式聚光集热系统的研究

为了充分利用太阳光,发明一种槽式太阳能连接装置。它是一种多单元设置,利用聚光镜单元越多阳光边缘损失就越少,太阳能光的利用率就越大。槽式太阳能连接装置主要包括:聚光镜单元、真空集热管、真空集热管支架、整体支架。其中上聚光镜和下聚光镜通过聚光镜单元连接机构连接形成一个整体抛物面体。聚光镜单元连接机构同时通过真空集热管支架与真空集热管连接,使真空集热管水平轴连接固定在抛物面体的焦轴线上,聚光镜单元连接机构与整体支架连接,使聚光镜单元、真空集热管、真空集热管支架在地面基础上形成固定,具有连接可靠、不变形、容易维修等特点。     

槽式光伏聚光器能流密度均匀化设计

从理论上推导了常规槽式光伏聚光器能流聚光比的计算模型,分析了该聚光器能流密度极不均匀的原因,探讨了改善聚光器能流密度均匀性的可能性。在此基础上,提出了一种新型聚光器结构形式,即太阳能电池呈V形槽式的抛物槽式聚光器,从理论上推导了新型聚光器结构的能流聚光比计算模型,分析了聚光器参数对能流密度分布的影响。最后通过粒子群优化算法对该新型模型参数进行了优化。计算和优化结果表明,该新型结构的能流聚光比的标准差小于常规聚光器的30%,极大地改善了槽式光伏聚光器能流密度分布。     

一种非共轴椭球面聚光阵列式太阳模拟器

经过理论分析,设计了一种非共轴椭球面聚光阵列式太阳模拟器。为了验证该模拟器的可行性,进行了光学性能检测试验,试验结果表明成像光斑质量较好,系统传递效率较高,从而为太阳模拟器的研发与创新提供技术支持。     

复合抛物面-渐开线聚光的闷晒式太阳能热水器

针对全玻璃真空管与平板太阳能热水器存在系统复杂、成本高、不易维护等缺点,以及传统闷晒式热水器存在集热效率低和热损失严重等问题,提出了一种集热效率高、热损失小、成本低的基于复合抛物面-渐开线聚光的闷晒式太阳能热水器。对复合抛物面、渐开线以及复合抛物面和渐开线二者结合的聚光器进行了优化设计,制作了与该聚光系统配套的带有选择性吸收涂层的集热器水箱。最后,搭建了闷晒式热水器系统并进行了集热性能测试。结果表明,当太阳辐照强度的平均值为800 W/m~2、周围环境的平均温度约为21℃时,闷晒式热水器可以将40L水从21℃加热至62.20℃,系统的瞬时效率截距为0.63,热损系数为10.40 W/(m~2·℃)。而传统黑色聚乙烯塑料袋闷晒式热水器的瞬时效率截距为0.31,热损系数为13.32 W/(m~2·℃),与其相比,本系统在集热效率和保温性能上有着明显的优势,完全能够满足人们的日常生活用热水,具有良好的市场前景。     

建筑友好型Fresnel式聚光集热器结构的优化设计

现行的太阳能聚光型光伏光热一体化集热器,一般需要占用较大的空间,安装维护不便,难以与我国广大的普通建筑群有效结合。基于此,设计了一种小型Fresnel式聚光集热器,提出了光学效率评价方法,并根据实际应用需求构建了集热器的结构优化设计模型,基于年均光学效率最大化的设计目标,采用数值分析软件MATLAB对其各组件尺寸进行了优化。结合其紧凑的结构,易实现与普通建筑或厂房屋顶的有效结合,并可同时提供电能和热能。     

一种聚光太阳能光伏发电装置及其控制系统的设计

采用双抛物面新型聚光方法和基于Freescale单片机的双轴闭环跟踪系统,使用滤红外线和水冷法相结合的冷却方法,设计了一种聚光太阳能光伏发电装置及其控制系统,不仅可以解决现有装置汇聚光不均匀、跟踪精度低、光伏电板发热严重等问题,而且具有结构简单、功耗低、操作功能强、人机界面友好等特点。该系统可有效降低光伏发电成本,提高其发电效率。     

基于ANSYS的定日镜副梁参数优化研究

定日镜可看作塔式太阳能热发电站的一个集热聚光子系统。在众多定日镜镜体结构中,三角梁镜架是一种较为常见的支撑结构,由一根副梁及两根斜撑支梁组成。副梁与主梁、支梁的连接定位尺寸会影响被支撑镜面的光学弧面,是影响定日镜结构光学效率的重要参数。如何选择合适的连接定位尺寸,使其在满足聚光的前提下尽可能提升光学性能,是设计过程中需要认真考虑的问题。针对三角梁副梁首先进行参数化建模,计算副梁结构在重力作用下的水平方向偏移角,然后进行尺寸优化,求解水平方向偏移角绝对值总和最小时的参数,最后根据优化获得的最优参数建立了定日镜镜体模型,仿真得到镜面面形,并在光学仿真软件中得到相应的光斑尺寸及理想法向量偏差。仿真结果验证了经过优化的参数应用到定日镜模型上,可以对光学性能起到一定的提升作用。为今后的设计过程提供一个较理想的参数范围,节省设计时间,提升设计效率。     

一种新型制造抛物面玻璃方法的研究

文中研究了一种制造抛物面玻璃的简单方法,将高分子聚合物的液体放在一个旋转的容器中,容器以恒定角速度旋转,在旋转和硬化的作用下,玻璃表面会形成抛物面.这种制造方法形成的抛物面表面不用经过研磨工艺就能达到性能要求,适合于实验室,光学工厂使用.这种方法可以生产大型和中型抛物面玻璃.相对于现有的制造方法离心成型法的优势是成本非常低廉.     

抛物面索网天线的最佳型面设计方法

在太空无重力工作环境下,星载索网天线反射面由张紧的网格平面拼合而成。为尽可能降低天线索网型面的原理误差,提出一种新的索网型面生成方法。方法要求抛物面索网天线型面在天线光学口径面上的投影为正三角形网格,索网反射面的型面结点均取在与理想抛物面同轴且等焦距的某映射抛物面上,投影正三角形的边长由天线反射面的焦距及型面设计的原理误差要求确定,映射抛物面的具体位置由投影正三角的边长及反射面的焦距确定。以空间任意三角形与抛物面之间的轴向方均根误差计算公式的推导为基础,讨论在天线光学口径面上投影面积为定值的空间三角形与抛物面之间轴向方均根误差取得极小值的条件,得出抛物面索网天线型面在天线光学口径面上投影为正三角形网格时原理误差最小的结论。索网型面设计的算例结果表明所提方法有效、实用。     

径流式叶轮机械轴——径型叶轮抛物面叶片的成型设计计算

本文对径流式叶轮机械轴－径型叶轮设计中广泛采用的直纹抛物曲面叶片成型规律的几何理论进行了研究,纠正了流传甚广的错误结果[1],建立了任意轴心位置的抛物面曲面方程、抛物面截线曲率及叶子进（出）口角的计算公式,并在此基础上拟制了抛物面叶片的成型设计计算步序。     

反射式摄谱仪/单色计计算机辅助设计的研究

本文在深入研究光学计算机辅助设计方法的基础上,应用Michael.P.chrisp波像差理论,编制了功能较齐全的摄谱仪/单色计计算机辅助设计软件。该软件具有计算像差,自动设计,象质评价,绘制图形等功能。光学元件面形可以是平面、球面、超环面、抛物面、椭球面。光学系统可以包含若干个反射面或全息光栅。和若干标准实例对比,表明该软件计算像差准确,自动设计良好,各项功能是可靠的,故可实际应用于这种光学系统的光学设计。     

双V型低倍聚光光伏设计及经济性分析

光伏电池板常采用聚光方式增强发电性能并降低发电成本,聚光器一般选用玻璃反射镜来提高光伏的聚光比,但玻璃反射镜具有易破损、重量大等缺点,从而变相增加了聚光器的成本。针对以上问题,设计了一种新型的低倍聚光结构,反射镜采用铝板贴膜方式减轻聚光器重量并降低成本。建立了聚光器的数学模型,根据聚光镜的结构尺寸、镜面角度进行经济性分析,得出聚光器的最优角度,实现经济效益最大化的目的。     

四重槽式抛物面聚光器的设计

针对传统大型抛物面聚光器制造难度大,成本高,光源利用不灵活以及辐射度小的缺点,提出了一种新型太阳能聚光器。该四重槽式抛物面聚光器由四个槽式抛物面和定向传输装置组成。它们分别用来实现太阳光的汇聚和定向传输。同时,完成了对聚光器关键部位受风阻力矩、惯性力矩等条件下的校核。在平行均匀光束、800W/m2光源辐射度、300K环境温度下,利用TracePro7.0分析了三种不同反射率材料聚光器的光能辐射模拟。结果表明:该四重槽式抛物面聚光器具有优越性和实用性。     

高能高准直性太阳模拟器设计

设计一种能够同时满足辐照面辐照度达到一个太阳常数和32′张角的太阳模拟器。利用理论计算和光学软件仿真相结合的设计方式,对聚光系统、积分器和准直系统分别进行设计与优化,并提出一种新的氙灯建模方式,最后利用lighttools对整体光学系统进行仿真分析,获得了各部件在光学系统中的最佳位置,使整个光学系统达到较高的能量利用率和辐照均匀性。     

太阳能集热用导热油纳米流体的稳定性及中温集热特性

提出将纳米颗粒分散于导热油基液形成一种具有强的光吸收性能的纳米流体,能够直接在无吸收涂层的透明真空管内吸收太阳能进行光热转换,用于太阳能中温集热。首先探讨了导热油-Cu O纳米流体稳定性的影响因素,获得了制备过程中最佳的改性油酸量为2.3 m L/1g Cu O。在室外聚光工况下,实验测试了导热油-Cu O纳米流体在无涂层的透明真空管内直接吸收式中温集热特性,并与镀膜真空管集热性能进行了试验对比。结果显示,在150℃以下集热工况,纳米流体在该透明集热管的集热效率要高于传统吸收镀膜集热管,验证了该新型中温集热方法的可行性。     

基于复合抛物面聚光器的LED反射器的设计

针对发光二极管(LED)具有寿命长、发光效率高、显色性好、节能等诸多优点,基于复合抛物面聚光器(CPC)的结构与原理,设计了一种LED反射器,通过与传统荧光灯灯具比较,采用最优化理论和光学软件TracePro对其进行模拟仿真,结果表明这里所设计的反射器具有光场分布合理,充分利用光能节约能源,传统反射器无法比拟的优点.