户外聚光测试系统设计

为了提高聚光系统的聚光效率,设计了一种户外聚光测试系统.选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象,采用局部测量法测试其性能.利用软件模拟聚光系统的透过率、聚光效率和聚光光斑照度分布,并利用户外聚光测试系统对二阶菲涅耳聚光系统进行实验测试.将模拟结果与实验结果对比发现:二者的光斑分布均匀性比较接近,透过率相差1.800%|聚光效率相差4.346%,主要差异来源于加工误差和测量误差.据此可以为设计和加工提供信息反馈,从而改进加工工艺,提高聚光效率.     

半抛物槽式聚光分频光伏系统的性能分析

设计了一种包含13层膜系的分频器,建立了考虑太阳张角影响的三维光学模型,研究了分频对半抛物槽式聚光光伏系统的光、热、电性能的影响,得到了系统能量的光谱分布及光伏电池平面能流密度分布.计算结果表明,系统对AM1.5太阳光谱的光学效率为58.7%,对不同聚光镜开口应选择最优电池倾角以获得最均匀的能流密度;采用分频可以降低电池温度提高聚光系统的聚光比以及光电转换效率.     

二次反射聚光分频光伏系统的光学分析

建立了考虑太阳张角影响的抛物槽式二次反射聚光分频系统的光学模型,给出了系统的集中比和太阳影像尺度与聚光镜相对口径和分频反射镜的相对焦距的无量纲关系式,并绘制了设计参数关系图表,举例设计了两种二次反射聚光分频系统.本文推导的结果对二次反射聚光太阳能光伏系统的光学结构设计有实际指导意义.     

户外聚光测试系统设计

为了提高聚光系统的聚光效率,设计了一种户外聚光测试系统.选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象,采用局部测量法测试其性能.利用软件模拟聚光系统的透过率、聚光效率和聚光光斑照度分布,并利用户外聚光测试系统对二阶菲涅耳聚光系统进行实验测试.将模拟结果与实验结果对比发现:二者的光斑分布均匀性比较接近,透过率相差1.800％;聚光效率...     

高倍聚光模组系统研究与设计

聚光系统的聚光效率和能量均匀性直接影响单位模组的发电效率。本文研究设计出高倍聚光模组系统,该系统主要包括菲涅耳透镜和球冠平顶微棱镜。采用中心波长修正法进行菲涅耳透镜的设计,并通过Zemax仿真模拟设计出球冠平顶微棱镜。最后通过Zemax模拟,决定选取两侧面夹角α的角度为117°,平顶到球面的间隔g为0.2 mm,球冠平顶微棱镜的曲率半径R为10 mm。聚光系统整体的聚光效率达99.8%,能量均匀度为0.812,并进行实验验证,得出实际聚光效率为83.1%。     

槽式集热器聚光过程误差因素耦合研究

在实际运行过程中,槽式太阳能集热器的聚光过程可能受到太阳光入射角、安装误差、镜面误差和跟踪误差等各种实际因素的影响。本文用空间坐标变换的方法结合蒙特卡罗光线追踪法,分别计算出了各种实际因素单独存在时和多种实际因素耦合时的槽式集热器热流分布。结果显示,安装误差和跟踪误差使聚焦热流的不均匀性增大,镜面误差使聚焦热流的不均匀性减小;计算出的实际因素耦合热流分布,可以为槽式集热器光学性能和热性能的分析提供依据。     

真空管内聚光集热器光学性能研究

针对具有内部反射涂层和偏心吸收管的新型真空管内聚光集热器,建立了反映其结构的几何模型,并基于光线追迹法,依托光学分析软件TracePro对其光学性能进行了研究。通过模拟仿真分别得到了该集热器对太阳直射辐射和散射辐射的光学效率,并与传统真空管集热器进行了对比。此外还研究了径向入射角、轴向入射角、内玻璃管偏心距、反射涂层圆心角等参数对光学效率的影响。最后与实验结果进行对比验证,证明了该集热器具有突出的光学性能。     

太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响

针对太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响进行了理论、模拟和实验研究。研究结果表明,平行光下反射镜玻璃越厚,入射光线距光轴距离越远,ΔX、ΔY越大。对焦距为1200 mm,反射镜玻璃折射率为1.6的槽式系统进行了理论计算,玻璃厚度为1 mm的反射镜,当距光轴距离为200 mm和2000 mm时,ΔX为0.03 mm和1.69 mm,ΔY为0.19 mm和0.31 mm;当距光轴距离仍为2000 mm时,玻璃厚度为5 mm的反射镜,ΔX为8.41 mm,ΔY为1.55 mm。通过TracePro模拟以及实际实验测量,结果与理论计算相符。     

聚光模组二次光学元件优化设计与研究EI北大核心CSCD

聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。     

水下无线光传输系统中Fresnel透镜的聚光性能研究

基于大口径、短焦距Fresnel透镜作为水下无线光传输(UWOT)系统中天线的应用需求,搭建了一套用于测量Fresnel透镜聚光性能的实验装置。采用450 nm和532 nm激光作为测试光源,获得了通光口径为75 mm、焦距为25 mm的Fresnel透镜聚光性能与透镜表面、激光波长、入射角之间的关系曲线,测量了激光入射角对450 nm和532 nm激光聚焦光斑的影响。实验结果表明:在相同的实验条件下,激光通过Fresnel透镜锯齿面的聚光效率要比平滑面高10%～15%;Fresnel透镜对532 nm激光的聚光效率要比450 nm激光高5.4%。随着激光入射角的增加,Fresnel透镜的聚光效率逐渐降低,入射角为0°时的聚光效率比±30°大25%以上。当激光入射角为5°时,450 nm激光聚焦光斑开始发生彗差畸变;当激光入射角增加至15°时,532 nm激光聚焦光斑开始发生彗差畸变。     

基于棱镜二次聚光的高倍聚光模组聚光特性与三结电池光谱响应匹配与优化

目前Ⅲ-Ⅴ多结高倍聚光(HCPV)太阳电池实验室效率记录已高达46%,而相对应的模组效率与之相差仍较大,其中由于模组中聚光非理想性引起的损失就高达20%.本文通过建立光学模型和非均匀光照的三维电池电路网络模型,以Ⅲ-Ⅴ族三结电池为例,研究了菲涅耳透镜一次聚光、棱镜二次聚光的HCPV模组的聚光特性和光电特性.结果发现.由于光线非平行入射和-菲涅耳透镜的色散现象,使得沿光轴方向短、中、长波段聚光发散及聚光不均匀,从而造成了三结电池的上、中、下各子电池光谱响应失配损失,模组光电转换性能下降;进一步,通过采用棱镜二次聚光,能较好地改善聚光和温度均匀性;通过对光轴方向上短、中、长波段的聚光特性与三结电池光谱响应匹配优化,使得模组输出功率提高10%以上.模拟结果己得到实验验证.     

菲涅尔透镜热变形对CPV聚光系统性能影响的数值研究

由硅胶-玻璃材料组成的SOG(silicone on glass)型菲涅尔透镜在温度变化时会产生热变形,影响CPV(concentrating photovoltaic)聚光系统的性能。为研究透镜热变形对聚光系统光效率的影响,优化设计两类聚光系统,并采用数值计算的方法模拟透镜的热变形,再将热变形导入光学模型中,使用蒙特卡罗方法计算变形前后的聚光效率。结果表明:对于单级聚光系统,采用单色光均匀性优化方法设计的透镜受翘曲变形和齿面自由变形影响较大,光效率在变形前后相差10%左右,改进型补偿色散方法设计的菲涅尔透镜受翘曲变形和齿面自由变形影响较小。另外,双级聚光系统可以有效抵抗热变形的影响。     

线性菲涅耳聚光装置的聚光比分析

在设计聚光太阳能热发电系统时,有必要分析聚光装置的聚光比.线性菲涅耳聚光反射装置是对连续抛物面聚光镜的一种离散化近似,该聚光装置中每一行反射镜面均实时跟踪太阳,将太阳人射光反射至固定位置的线性吸热器上,故每一镜元在吸热器上形成的反射光带宽度均时刻变化,这使系统聚光比分析变得非常复杂.利用二维光学分析,得到线性菲涅耳反射...     

基于卡塞格林结构的高倍太阳能聚光镜

针对传统聚光系统聚光倍数低、造价昂贵且结构复杂的弊端,对高倍太阳能聚光镜进行了设计研究。利用卡塞格林结构具有高倍聚光及光束耦合的优点进行编程建模,设计了新型高倍太阳能聚光镜,给出了设计方法及运用光学软件ZEMAX以不同入射角度入射时的模拟结果。模拟结果表明,设计的太阳能聚光镜消除了球差的影响,在太阳光入射角为0.5°时,实现有效聚光比为544,光学效率为84.835%。该聚光镜较传统聚光镜有更高的光学效率,并且结构简单、价格低廉,有望商业化。     

多平面镜线性组合太阳能聚光器的设计和聚光特性

提出了一种新型多平面镜线性组合太阳能聚光器的聚光光伏系统,应用几何分析法计算影响聚光器光学效率的几何参数因子。采用最小设计间距和余弦效率的概念,得出了不同子镜面尺寸和不同子镜面数量与焦距长短的相互影响规律,得到了最小设计间距值和最优的余弦效率。利用Trace Pro软件建立了聚光器的仿真模型,并对不同几何参数下焦平面上的能流分布特性进行了模拟研究。制作了一套450倍聚光的多平面镜线性组合太阳能聚光器,并进行初步测试,证实聚光焦平面上的能流分布均匀性可达到预期设计效果,为点聚光式太阳能聚光系统的设计和优化提供了参考。     

空间太阳电池槽式聚光热电联供系统特性分析

建立了空间太阳电池的热电联供系统在槽式聚光条件下的热电性能模型, 并与实验进行了对比.理论计算与实验结果吻合较好, 最大误差在5.1%以内, 证明了该数学模型的正确性.通过此数学模型, 从聚光镜面的光学效率与焦线宽度、导热胶的导热系数、金属平板光照面的吸收率等内部特性参数及风速、太阳直辐射等外部特性参数出发, 对所设计制造的空间太阳电池槽式聚光热电联供系统进行分析.较为全面而系统地分析了这些参数的改变对其系统的热电效率、总效率及火用效率等性能指标的影响, 其中聚光镜面的光学效率影响最大, 光学效率从0.5增加至0.95, 系统的总效率和火用效率分别增加0.9倍和0.5倍, 其余参数对性能也有较强影响.研究结果为新一轮系统装置的制作提供了优化设计基础.     

近红外无创生化分析中高效双复合抛物面聚光系统设计

近红外无创生化分析中,要获得准确的血液生化成分信息,需要非常高的系统信噪比。为提高分析系统的信噪比,开展了以增大系统光能利用率为目标的高效双复合抛物面聚光(DCPC)系统研究。首先,针对近红外无创生化分析中光学系统集光要求,研究了复合抛物面聚光器(CPC)出射光特点,确定出一级CPC最大聚光角范围。然后,通过比较标准型和截短型DCPC光能利用率变化,优化出最佳结构参数。最后,结合皮肤组织光学参数,计算了入射光波长为1 000nm时,DCPC系统、CPC-聚焦反射镜系统以及无光学收集系统的光能利用率。结果显示,三种系统的光能利用率分别为1.46%,0.84%,0.26%。设计的DCPC系统增强了对人体漫反射光的收集能力,可有效提高无创生化分析系统的信噪比及整体分析精度。     

室内聚光测试系统的研究

为弥补因太阳模拟器光线发散角大、测试口径小不适用于光伏聚光系统测试的缺陷,设计了大口径、高平行度的事内聚光测试系统.另外还提出了一种新的聚光测试方法:分立光谱局部测量法.首先选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象,利用单色光局部测量法测试该聚光系统的聚光效率,然后利用各种单色光的权重与聚光效率计算聚光系统的平均聚光效率,最后将...     

非共轴椭球面聚光阵列式高焦比太阳模拟器

为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑,需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法,使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特-卡罗光线追迹方法,设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处,80mm直径的接收靶面上可接收10kW的辐射光能,光斑对称性和均匀性好,系统的传递效率为23.81%,80mm直径靶面内的平均能流密度为2MW/m2,50mm直径靶面内平均能流密度达到3.64MW/m2,对应的理论色温超过2800K。采用非共轴椭球面聚光镜,成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试,太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。     

聚光模组二次光学元件优化设计与研究

聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。