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。     

消除复合抛物面聚光器二次反射的设计研究

建立未截短的原复合抛物面聚光器(CPC)、1/2截短CPC以及消除二次反射设计CPC的数学模型,根据光线追踪法和蒙特卡罗法,在几何聚光比为2~10内,计算CPC高度与出射光孔宽度的比值,并依据该比值分析CPC的经济性,计算CPC最佳均匀面上的非均匀度和最大辐照度,进而分析CPC聚光均匀性.结果表明:在相同几何聚光比下,消除二次反射设计CPC的经济性和聚光均匀性最好.     

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。     

太阳能热发电系列文章(14)CPC在太阳能热利用中的应用

综述了CPC聚光器的光学原理、制作方法、优点和在太阳能领域的应用;分析了CPC由倒V型结构向W型结构发展的原因;阐述并提出了直通式CPC、热管式CPC、自聚光式CPC的结构和优点;设计了多种双层玻璃管式CPC结构。     

一种新型CPC聚光热电联产系统

开发了一种新型热管冷却式CPC聚光热电联产系统(PV/T),建立了系统的数学模型。系统采用了蒸发段截面为半圆形的异形热管冷却,整个系统只有普通平板热水器的大小。CPC聚光器截取后的高度为100mm,入口宽度为62 mm,几何聚光比为4.13。采用了光学模拟软件对聚光器进行了光线追踪模拟与辐照度分析,随着入射角度的减小,光斑向聚光器对称中心偏移,最大能流密度逐渐减小,接收面光线分布趋于均匀,但依然存在光线集中现象。     

CPC在太阳能热利用中的应用

综述了CPC聚光器的光学原理、制作方法、优点和在太阳能领域的应用；分析了CPC由倒V型结构向W型结构发展的原因；阐述并提出了直通式CPC、热管式CPC、自聚光式CPC的结构和优点；设计了多种双层玻璃管式CPC结构。     

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。     

非跟踪非对称复合平面型太阳能聚光器设计与光学性能模拟

提出一种新型的非跟踪非对称复合平面型反射聚光器,给出设计方法,利用基于蒙特卡罗光线追迹法的光学仿真软件,分析光学效率及吸收器上的能流分布。结果表明,增大平面镜数量n和设计角θ₀均可增大聚光器的几何聚光比CR。CR相同的聚光器在入射角大于θ0时具有相同的光学效率,聚光均匀性较好,且减小n值有利于获得更均匀的光强分布。     

漏斗式二级复合抛物面太阳能聚光器的优化设计

构造了一种由二级复合抛物面(CPC)叠置组成的漏斗式太阳能聚光器,对其性能进行了讨论.为改善第二级CPC的最大聚光角,重点对其进行了变尺寸设计,理论导出了各参数间的关系,给出了最优参数范围.指出,在合理配置第二级CPC各设计参数的条件下,其最大聚光角可达30°～35°,有效地增加了整体光漏斗的导光率和最大聚光角.在实际天气条件下,对一个实际二级复合抛物面太阳能聚光器进行了实验测试,给出了不同入射角条件下系统的导光性能曲线,对实验结果进行了讨论,指出了改进方向.     

聚光型太阳能灯的设计

文章根据上海当地的气候情况,利用非对称CPC聚光器设计了一种聚光型太阳能灯。降低了太阳能路灯系统成本,提高了系统的可靠性。     

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。     

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。     

新V型内聚光CPC热管式真空管集热器的热性能

基于圆管型复合抛物聚光器(CPC)的研究,由于接受体和CPC反光板之间存在缝隙而造成大量漏光损失,设计了一种可以减少漏光损失和热损的新V型CPC反光板,并综合利用热管式真空管集热器的优越性,开发出一种新V型内聚光CPC热管式真空管集热器。首先给出了其设计结构,并对其进行传热分析,推导出该型集热器的集热效率、总热损系数的计算方法,再进行室外动态性能试验,测定了它的效率曲线,试验结果与理论计算值较符合。     

CPC在太阳能集热器中的应用

CPC复合抛物聚光器是一种非成像低聚焦度的聚光器,它根据边缘光线原理设计,可将给定接收角范围内的入射光线按理想聚光比收集到接收器上。由于它有较大的接收角,故在运行时不需要连续跟踪太阳,只须根据接收角的大小和收集阳光的小时数,每年定期调整倾角若干次就可有效的工作。它可达到的聚光比在10以内,当聚光比在2以下时可做成固定式装置。它可接收直射太阳辐射和部分散射辐射,并能接收一般跟踪聚光器所不能接收的“太阳周围辐射”。此类集热器的结构比较简单,对聚光面型加工精度要求不严格,将其应用在太阳能集热器中,是一个值…     

太阳能建筑采暖系统槽式复合多曲面聚光器性能研究

为提高北方寒冷地区太阳能建筑采暖系统的适用性,研制了一套聚光比为3.9的非跟踪式复合多曲面聚光器(CPC)。该聚光器具有运行稳定、无运动部件及易于制造等特点。基于Light Tools光学软件,分析不同入射偏角和接收体偏差角度条件下的聚光特性,并对安装于呼和浩特市(北纬40°50')的太阳能建筑采暖系统在晴天和多云气象条件下不同安装倾角聚光器的光热性能进行对比研究。结果表明:当入射偏角为10°时,聚光器的光线汇聚率为55.2%,当板式接收体偏差角度为12°时,聚光器的汇聚率仍为93.4%;晴天运行时,安装倾角为45°的聚光器出口导热油温度比正入射时低3℃左右,多云条件下,接收体内导热油温度变化曲线平缓,说明聚光器对跟踪精度要求低,适合于应用到建筑采暖系统中。     

内聚光型太阳能光电-光热复合管的光学设计

根据非跟踪内聚光型太阳能光电-光热复合管的结构形式及其受光体的特殊需求,采用Winston的CPC设计原理,对圆管内具有特殊形状的半圆柱接收器的复合抛物面聚光器进行光学设计,得到了较为理想的聚光器设计曲线,并对结果进行数值仿真,给出各入射角的光线分布图和光强分布图。     

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。     

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。     

考虑太阳张角的聚光器设计北大核心CSCD

通过聚光等形式提高光能密度,减少光伏材料的使用量,有助于保护环境和节约能源。文章提出一种新型聚光器设计方案,其在分析太阳张角对光路影响基础上,对聚光器模型进行改进,并得到接收器上反射光线分布规律。根据节省材料比和聚光硅电池效率选取聚光器参数,建立聚光器三维模型,在TracePro软件中进行仿真,得到接收器表面的辐照度分布和总光通量,与传统光伏聚光器聚光效果对比,验证聚光器模型的有效性,为聚光光伏发电系统的实物设计奠定了理论基础。     

槽式均匀聚光系统设计及分析

为提高槽式聚光系统的聚光均匀性,提出一种槽式均匀聚光系统,建立了该系统反射聚光器模型,并对其聚光效果进行了分析.对系统的几何参数分析表明,随着反射镜面数量的增加其宽度在逐渐减小而其倾角却在逐渐增加,系统最大几何聚光比随系统的几何高宽比δ增大而增加.利用蒙特卡罗光线追迹方法对该聚光器的聚光效果进行模拟,结果表明该系统的聚光均匀性明显优于传统的槽式聚光器聚光效果,能够满足设计需求.