容积式吸热器内聚集太阳能的传输特性研究

将泡沫孔筋等效成粒子系,建立了抛物面聚光器与容积式吸热器数理模型。基于Mie理论计算泡沫材料的散射特性,采用蒙特卡洛射线踪迹法模拟聚集太阳光在泡沫材料内的传输衰减特性。通过计算,获得了吸热器体积内的太阳能流吸收分布。结果表明:吸收太阳能流集中在吸热器底部,随着孔隙率和孔隙直径增加,吸热器内的太阳能吸收分布均匀性更好。研究结论为容积式太阳能吸热器结构设计与性能分析提供了参考。     

旋转抛物面聚光器焦面能流分布的有限元分析

提出一种计算太阳能聚光器聚光焦斑能流密度分布的新方法。在考虑太阳形状、聚光器表面形状误差、跟踪误差、接收器位置误差、漫反射及接收器遮挡作用等各项光学误差和影响因素的基础上,结合旋转抛物面聚光器的光学特性,采用有限元法对焦面能流密度分布进行计算,并与文献中的结果进行比较,证明了该方法的正确性和可行性。同时又对半球形接收器和圆柱形接收器进行了实例计算,结果表明该方法不受聚光器或接收器面型的限制,算法简单,通用性也较强,从而为系统的优化设计和能流密度的测量奠定基础。     

新型太阳能与燃气轮机联合循环互补系统集热场优化研究

新型太阳能与燃气轮机联合循环互补系统根据不同类型的太阳能集热装置的集热特性,实现其与燃气轮机联合循环系统的梯级互补,将太阳能直接蒸汽发生系统(DSG)与高压蒸汽蒸发过程耦合,同时将低压蒸汽的生成过程与热管式真空管集热器进行耦合。本文主要针对真空管集热场中集热器行间距及倾斜角等参数的优化问题,开展其对全年有效太阳热能及平均集热效率影响规律的研究。     

可改善平面接收器能流均匀性的太阳能碟式聚光器设计

为了改善平面接收器的能流均匀性,针对抛物碟式聚光器,提出一种重新优化布置各镜面单元的改进方法,并设计了一种新型非成像碟式聚光器。建立平面接收器目标区域内能流均匀化的优化模型,联合运动累加光线跟踪方法和遗传算法优化碟式聚光器。研究优化的聚光器与抛物碟式聚光器的聚焦能量分布,分析平面接收器上局部聚光比、非均匀因子、峰值聚光比及拦截效率指标。最后讨论了新型聚光器的应用价值,并展示了优化的新型碟式聚光器在平面型金属盘管接收器上的能流均匀化效果。结果表明,非成像碟式聚光器的能流均匀化效果最优异,能将非均匀因子从3.62～4.22显著减小到0.18～0.25,峰值聚光比从24737～37245降低到1722～2055。研究结果不仅能为太阳能平面接收器能流均匀化提供一种新的方法,还能为现有抛物碟式聚光器的改进提供新的思路。     

圆柱面菲涅耳镜太阳能集热系统研究

本文介绍了一种利用圆柱面菲涅耳镜组成的太阳能集热系统,该系统主要由菲涅耳聚光器、二次聚光器、太阳跟踪器、换热器和负载等部件组成。介绍了圆柱面菲涅耳透镜的设计思路,并采用工业化方法研制成功了0.65m×1 m的线聚焦圆弧形菲涅耳透镜,并利用该透镜搭建太阳能集热系统研究平台。在实际天气下对该系统性能进行了测试,结果表明,该系统可以实现集热温度200℃以上,在集热温度小于100℃时,中午10:00.14:00时间段,该系统的集热效率可以达到近60%,午后14:00-15:00时段,效率可以达到近38%。说明该系统在一天之内有6 h高效运行。     

太阳能聚光分频PV/T综合利用系统的光学分析

本文提出了一种改进的太阳能聚光分频光伏光热综合利用系统。聚光系统为倾斜平板菲涅尔反射型聚光器并对太阳双轴跟踪。分频器可将太阳光谱分成两部分同时实现光伏和光热高效利用。通过光线追踪法对该系统进行了光学性能分析,并对系统的结构参数进行优化。结果表明聚光系统具有较高的面积利用率,聚光焦斑均匀性高有利于光伏发电;集热器对分频器反射能流的直接拦截率可达到86%。光热利用温度不受光伏电池工作温度的限制,因此有望获得更高的太阳能综合利用率。     

免跟踪透射式太阳聚光器的设计

针对目前太阳聚光器中因为自动跟踪系统故障率高导致使用成本大幅度增加的主要制约因素,在多年来探讨有效提高太阳能密度的基础上,提出了免跟踪线性菲涅尔透射式太阳聚光器设计的新思路,并对其结构形式和工作原理进行了阐述.     

多曲面槽式太阳能集热器的光线追踪分析

介绍了一种新型多曲面槽式太阳能聚光集热系统的工作原理,在计算机上进行三维建模,利用光学分析软件对该聚光集热系统安装平面型接收器和圆柱型接收器进行光线追迹分析,考察了接收器上的接收光束随入射光束角度的变化情况。通过追迹模拟,直观地再现了聚焦光线的分布、焦线宽度、偏心量和光线传输效率随入射偏角的变化。并对两种接收器类型产生...     

基于相同参数抛物镜面旋转阵列的太阳能槽式聚光器聚焦特性研究

提出了一种基于相同抛物镜面单元旋转阵列的低成本新型槽式聚光器。采用光线跟踪方法建立了该聚光器的光学分析模型,并详细研究了镜面焦距（f）、镜面宽度、平面接收器位置、旋转阵列半径（R₁）和旋转阵列数量（N）等关键参数对其聚光性能的影响规律,为其设计与应用提供了重要依据。研究结果表明：新型槽式聚光器能很好地汇聚太阳光能,并且它不同于传统抛物槽式聚光器将平行光汇聚于某点,而是有所“分散”地进行汇聚,具备实现平面接收器上均匀聚焦能流分布的潜力;聚焦光斑的合理接收位置会随旋转阵列半径的改变而变化,通常接收器位于旋转阵列半径的一半位置是合适的,但要获得最小聚焦光斑则需将其下移150～200 mm;聚焦光斑宽度随镜面编号呈指数增大关系,特别是当镜面宽度较大且旋转阵列半径较小时;旋转阵列半径越大或镜面宽度越小,聚焦能流分布越集中且峰值聚光比越大（算例中已达到50）,此时聚焦能流基本呈高斯分布特征。此外,采用较小旋转阵列半径可降低接收器的安装高度并改善能流均匀性。在算例中,当f=8000 mm、R₁=4000 mm、N=5且接收器位于1830 mm位置时,聚焦光...     

跟踪式圆台聚光装置原理探索

介绍一种跟踪式圆台聚光装置, 利用跟踪系统, 沿着东西、 南北两个方向, 对太阳光线进行双向实时跟 踪, 使太阳光线垂直或近垂直照入大圆台大口部. 经反射, 以垂直或近垂直方式投射到受光框架4个侧面和底面上, 将受光器照射; 受光器可以是太阳能高温集热管, 或平板集热器、 或太阳能电池板; 聚光系统与受光系统以模块形式 进行组合或分离. 本装置聚能功效高、 稳固性强、 应用范围广, 可为太阳能集热、 光伏发电提供高效低廉的聚能装置     

像面照度均匀的环带式菲涅尔透镜设计

为了解决太阳光经传统菲涅尔聚光镜聚光后太阳能电池接收面上的光强分布不均匀问题,设计了一种环带式菲涅尔聚光镜。根据菲涅尔环带设计方法,把接收面划分为与之对应的环带,使光线在经过菲涅尔聚光镜的表面环带后进入相应的接受面环带,减少了光能损失并提高了光强分布均匀性。给出了在350 nm ~760 nm波段范围内太阳张角角度为0.54°、口径200 mm、高宽比为0.65、聚光比为400的菲涅尔聚光系统设计实例,通过Tracepro模拟并分析了菲涅尔聚光镜的光学能力。结果表明:在接收面尺寸相同的情况下与参数相同的的传统匀光菲涅尔聚光镜相比,此环带菲涅尔透镜光斑能量分布均匀性达到75%。     

Spectrum splitting using multi-layer dielectric meta-surfaces for efficient solar energy harvesting

We designed a high-efficiency dispersive mirror based on multi-layer dielectric meta-surfaces. By replacing the secondary mirror of a dome solar concentrator with this dispersive mirror, the solar concentrator can be converted into a spectrum-splitting photovoltaic system with higher energy harvesting efficiency and potentially lower cost. The meta-surfaces are consisted of high-index contrast gratings (HCG). The structures and parameters of the dispersive mirror (i.e. stacked HCG) are optimized based on finite-difference time-domain and rigorous coupled-wave analysis method. Our numerical study shows that the dispersive mirror can direct light with different wavelengths into different angles in the entire solar spectrum, maintaining very low energy loss. Our approach will not only improve the energy harvesting efficiency, but also lower the cost by using single junction cells instead of multi-layer tandem solar cells. Moreover, this approach has the minimal disruption to the existing solar concentrator infrastructures.     

Bent fluorescent solar concentrators (BFSCs): Spectroscopy, stability and outdoor performance

The spectroscopic properties of a coumarin derivative dye (macrolex fluorescent red G) impregnated in a poly(methylmethacrylate)/silica hybrid matrix were studied. The stability of the hybrid against both light irradiation and raised temperature showed excellent weathering durability for use in fluorescent solar concentrator (FSC) applications. A new geometry for FSCs was introduced, which we call a “bent plate configuration”. Each BFSC plate was manufactured as two rectangles forming two sides of a triangle to optimize receiving both direct and reflected solar energy. The effect of the concentrator apex angle on solar energy conversion was studied. The optimum apex angle was found to correlate well to the location latitude.     

多曲面复合聚焦槽式太阳能集热器的研究

对一种多曲面复合聚焦槽式太阳能聚光集热器进行了理论与实验研究,介绍了其工作原理,对其重要的设计参数进行了计算和优化,给出了大致的取值范围.该新型槽式聚光集热器能够利用多曲面组合实现对太阳光反射聚焦,并具有在反射面上不留阴影、改善高温太阳能接收器的工作性能.实验表明,装置在低温段运行效率在45%以上.在高温段(≥80℃)...     

矩形复合抛物面空间双向照明节能多功能反光杯设计

提出了充分利用灯具空间,具有单体双向多功能的光学设计新理念。结合LED与CPC,根据光学扩展量守恒,借助光路可逆原理与边缘光线原理,构造矩形复合抛物面。根据我国最新的《读写作业台灯性能要求》GB/T 9473-2017,以出光口半宽、台灯辐照高度、截短后杯体长度比为3个因素,设计正交实验,确定台灯矩形复合抛物面最适合参数为:出光口半宽50 mm、最大进光半角47.73°、截取杯体长度36 mm。在照明方面,该矩形复合抛物面能够满足关于A、AA级的照度和照度均匀度要求;在弱光聚集方面,其太阳能芯片位置的照度是不经聚光情况的1.25倍;在聚光模式下,太阳能芯片的光伏转化效率是非聚光模式下的1.66倍。这是对当前市面上非聚光模式收集太阳能方式的补充。     

太阳能帆板平面度测量系统中光斑图像处理方法研究

太阳能帆板的平面度测量是卫星生产制造过程中的一个关键技术，现有的测量方法存在着精度差，效率低的问题。该文在基于实际工程课题的太阳能帆板平面度测量系统基础上，针对测量系统中光斑图像处理这一关键技术进行了详细的研究。对现有测量方法进行了比较与分析，介绍了测量系统的基本原理、图像采集系统设计过程中采取的主要措施、图像处理的具体方法与步骤和测量系统的基本组成。提出了一种新的快速滤波算法和光斑图像能量中心求取算法，大大提高了光斑图像能量中心的求取精度和实时性，提高了太阳能帆板平面度的测量精度。给出了光斑图像处理结果、静态测量重复性误差以及实际帆板的测量结果与分析，实验结果证明所采用的光斑图像处理方法可以满足对实际帆板测量精度的要求。     

新型菲涅尔线聚焦聚光太阳电池组件研究

以聚甲基丙烯酸甲脂为材料,采用热压成型工艺加工成型线聚焦菲涅尔聚光透镜(8×),可用于空间、地面光伏系统太阳电池组件的聚光系统,并对在其聚光条件下,太阳电池的电流电压特性进行测试,结果表明,该菲涅尔线聚焦棱镜能有效提高太阳电池的单位输出功率.模具的机械加工精度和光学抛光精度低,是造成其部分聚光率损失的原因.     

Design of an off-axis XR photovoltaic concentrator with SMS method

We present a novel off-axis XR concentrator design that enables a high efficiency energy collection while avoiding the shadowing problem encountered in the designs of symmetry XR type concentrator. Combining with a 1 cm² multi-junction solar cell, the off-axis XR concentrator is able to achieve high optical efficiency of the photovoltaic system. The concentrator design is performed based on the non-imaging optic principle, with one reflective mirror (X) and one refractive lens (R). Both surfaces of the reflective and refractive element are of freeform shapes and fitted as freeform expression in the design analysis. The concentrator has concentration ratio greater than 500× and acceptance angle greater than 2°. A square homogenizing irradiance distribution on the cell is achieved with the help of a suitable rob. The tolerance of the system is analyzed. The results show that the high concentration ratio and greater acceptance angle relax all optical and mechanical tolerances reduce the production and operation cost.     

平板型玻璃镜反射太阳能聚光光伏系统的实验研究

提出了一种平板型玻璃镜反射太阳能聚光器,用于太阳能聚光光伏/光热利用.其结构主要由平面框架上倾斜放置粘贴或镶嵌在平直型材上的多块条形玻璃镜构成,聚光接受体为平板光伏电池或集热管.条形玻璃镜的宽度和倾斜角度随自身所处位置、聚光接受体形状尺寸和安放角度,是否考虑太阳入射光立体角影响等因素由所给公式确定.利用CCD 法测量了...