可折叠展开式伞状龙骨聚光器的聚光性能

针对可折叠展开式伞状龙骨聚光器具有自重低、功率高、比冲高、推力适中的特点,利用ANSYS和ZEMAX软件对功率为100 kW的可折叠展开式伞状龙骨聚光器在太空环境中的聚光性能进行模拟分析。在太阳风及衬底薄膜表面张力的影响下,伞面最大应力为1.66 MPa,远小于Kevlar材料及Ti-6Al-4V龙骨材料的阈值强度,伞面最大形变仅为0.941 mm,焦斑半径为6.37 cm,几何聚光比可达5 917,比标准抛物面仅减小了1.25%。结果表明：将材质轻、抗拉伸强度高的伞状龙骨结构引入可折叠展开式聚光器的设计方案,在很大程度上抵消了衬底薄膜材料表面张力及太阳风对聚光器工作形态的影响,可消除褶皱,提高可折叠展开式伞状龙骨聚光器的结构稳定性及可展开度,同时证明了伞状龙骨结构及Kevlar材料的选择是合理的。     

用于太阳能推进的可折叠展开式伞状龙骨聚光器

为有效提高空间太阳能聚光器的聚光效率,提出了一种用于太阳能热推进器的具有伞状龙骨结构的可折叠展开式抛物面太阳能聚光器设计方案,该方案可以克服充气展开式抛物面聚光器和刚性固定抛物面聚光器具有的技术难题。设计了一个聚光功率100 kW,开口圆半径4.9 m的可折叠展开式伞状龙骨结构正焦抛物面聚光器,利用Fluent软件,对太阳能热推进器进行了模拟和性能预示,以氢气为工质气体,得到系统的推力和比冲可以分别到达10.23 N和701.4 s。结果表明:这种推进器具有比冲高、推力适中的特点,可以用于微小卫星、纳卫星的轨道转换及姿态控制。     

增加复合抛物面聚光器(CPC)最大聚光角的几种方法及结果比较

本文简单阐述了复合抛物面聚光器(CPC)的结构与设计原理,介绍了三类增加CPC最大聚光角θmax的方法:平移、截底和旋转,给出了各方法中最大聚光角θmax随几何尺寸变化的计算公式.对不同聚光比的实际CPC,给出了.在三类方法变化情况下,最大聚光角增量δθmax随几何变量的变化曲线,并对影响CPC最大聚光角变化的关键因素进行了讨论与分析.     

太阳能热发电聚光系统的研究进展

概述了太阳能热发电技术的发展状况,介绍了用于太阳能热发电的5种聚光系统,包括槽式、碟式、塔式、线性菲涅耳式以及地面接收式。详细阐述了这些聚光系统的光学结构、聚光原理以及聚光器件的设计方法和制作工艺,指出了不同聚光系统在聚光过程中的优缺点。文中的讨论可为太阳能热发电聚光系统的设计提供参考。     

太阳能热发电聚光系统的研究进展

概述了太阳能热发电技术的发展状况,介绍了用于太阳能热发电的5种聚光系统,包括槽式、碟式、塔式、线性菲涅耳式以及地面接收式。详细阐述了这些聚光系统的光学结构、聚光原理以及聚光器件的设计方法和制作工艺,指出了不同聚光系统在聚光过程中的优缺点。文中的讨论可为太阳能热发电聚光系统的设计提供参考。     

注水型菲涅耳聚光器的设计和初步试验

研发低成本的聚光器是大规模降低太阳能热利用成本的重要途径之一.为了降低材料成本,提出注水型菲涅耳聚光器的设计新思路.注水型菲涅耳聚光器采用由薄平板玻璃组成的中空三角形棱柱,通过在中空部分注入纯净水来减少透镜材料的使用,从而降低成本.研究该聚光器的设计理论并建立相应的光学模型,采用蒙特-卡罗光线追迹方法研究不同太阳入射角...     

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...     

折平板等光强反射聚光光伏系统的实验研究

本文在原有的工作基础上,简要介绍了新型折平板等光强反射聚光光伏系统的设计原理,给出了折平板等光强反射聚光系统的平行光聚光公式,以此为依据对用于实验测试的聚光器重新设计加工,并进行了一系列的实验研究。依托两极太阳跟踪装置和CCD法等手段对聚光系统进行测量,研究结果表明所设计的折平板等光强反射聚光系统具有良好的能流密度分布...     

槽式太阳能聚光集热器光热效率实验研究

基于自行研究开发、呈东西轴布置的太阳能槽形抛物面聚光集热器,建立了评估其光热性能的实验台,对其光热特性进行了详细实验研究。实验结果表明聚光集热器效率较高。聚光器与全新集热器组成的太阳能槽形抛物面聚光集热器峰值效率达70%左右,聚光器结构性能较好,跟踪驱动系统精度较高;但部分集热器经过320℃以上的温度后快速老化,致使整个太阳能槽形抛物面聚光集热器的热性能逐渐下降。     

抛物碟式太阳能聚光器的聚光特性分析与设计

点聚焦碟式太阳能聚光反射器,应用光线追迹法模拟分析了存在太阳张角时,相同开口采光面积、不同形状的聚光器分别在相同焦距、相同边缘角情况下的聚光特性。考虑到太阳形状、开口采光面形状、抛物面焦距、抛物面边缘角及接收器的遮挡作用等几何因素,并结合旋转抛物面聚光器的光学特性,建立了模拟仿真的几何模型。采用光线追迹法直观地模拟了聚光接收面上的平均能流分布特性。为对聚光器的聚光特性进行定量评价,采用了面积效率因子的概念。模拟结果表明,采光面积相同时,等焦距的4种不同开口形状的聚光器具有相近的聚光能流比;等边缘角时,除圆形聚光器外的3种聚光器有较大光能损失。设计了多碟共焦聚光器,用低聚光比聚光器组合达到高倍聚光效果,并分析了聚光特性,为碟式太阳能聚光反射系统的设计和优化提供了参考。     

Thermal modeling optimization and experimental validation for a single, concentrator solar cell system with a heat sink

A single concentrator solar cell model with a heat sink is established to simulate the thermal performance of the system by varying the number, height, and thickness of fins, the base thickness and thermal resistance of the thermal conductive adhesive. Influence disciplines of those parameters on temperatures of the solar cell and heat sink are obtained. With optimized number, height and thickness of fins, and the thickness values of base of 8, 1.4 cm, 1.5 mm, and 2 mm, the lowest temperatures of the solar cell and heat sink are 41.7℃ and 36.3℃ respectively. A concentrator solar cell prototype with a heat sink fabricated based on the simulation optimized structure is built. Outdoor temperatures of the prototype are tested. Temperatures of the solar cell and heat sink are stabilized with time continuing at about 37℃-38℃ and 35℃-36℃ respectively, slightly lower than the simulation results because of effects of the wind and cloud. Thus the simulation model enables to predict the thermal performance of the system, and the simulation results can be a reference for designing heat sinks in the field of single concentrator solar cells.     

Thermal modeling and the optimized design of metal plate cooling systems for single concentrator solar cells

A metal plate cooling model for 400× single concentrator solar cells was established.The effects of the thickness and the radius of the metal plate,and the air environment on the temperature of the solar cells were analyzed in detail.It is shown that the temperature of the solar cells decreased sharply at the beginning,with the increase in the thickness of the metal plate,and then changed more smoothly.When the radius of the metal plate was 4 cm and the thickness increased to 2 mm or thicker,the temperature of the solar cell basically stabilized at about 53 C.Increasing the radius of the metal plate and the convective transfer coefficient made the temperature of the solar cell decrease remarkably.The effects of Al and Cu as the metal plate material on cooling were analyzed contrastively,and demonstrated the superiority of Al material for the cooling system.Furthermore,considering cost reduction,space holding and the stress of the system,we optimized the structural design of the metal plate.The simulated results can be referred to the design of the structure for the metal plate.Finally,a method to devise the structure of the metal plate for single concentrator solar cells was given.     

基于变换热力学的任意形状热集中器研究与设计

如何灵活地控制和操纵热流是目前研究的热点.本文根据变换热力学方法,导出了具有任意横截面形状热集中器的材料参数表达式,并在此基础上设计了具有圆形、椭圆形、正五边形等规则横截面形状的热集中器和具有共形、非共形任意横截面形状的热集中器.全波仿真结果表明,这些热集中器使等温线和热通量向其压缩区弯曲,靠近热源的一侧热扩散加快而相反的一侧热扩散减慢,在很小的区域内表现出对热量的集中作用,这一特点在热能工程中有潜在应用.此外,研究了圆柱形热集中器的层化实现方法.结果显示,热集中器可通过将同性材料沿角向分层交替填充来实现.这项工作对热集中器的设计及制备具有指导意义.     

聚光器聚焦光斑能流密度分布的测量与分析

采用基于CCD相机和朗伯靶的间接测量方法,对旋转抛物面聚光器焦平面和多个离焦面的能流密度分布进行了测量。研究了系统的标定方法,并对每个面内的光斑特性进行分析。结果表明：通过对各个接收面光斑特性的比较,可以判断聚光器真实焦点的位置;随着接收面离焦量的增大,光斑直径变大,能流密度峰值减小,形状越来越不规则。这项研究为聚光系统的热利用和接收器的设计提供了依据。     

Fuel-optimal trajectory design using solar electric propulsion under power constraints and performance degradation

The fuel-optimal transfer trajectories using solar electric propulsion are designed considering the power constraints and solar array performance degradation.Three different performance degradation models including linear,positive and negative exponential degradations are used in the analysis of three typical rendezvous missions including Apophis,Venus and Ceres,respectively.The optimal control problem is formulated using the calculus of variations and Pontryagin’s maximum principle,which leads to a bang-bang control that is solved by indirect method combined with a homotopic technique.In demonstrating the effects of the power constraints and solar array performance degradation on the power budget and fuel consumption,the time histories of the power profile and the fuel consumptions are compared for the three missions.This study indicates that it is necessary to consider the power constraints and solar array performance degradation for the SEP-based low-thrust trajectory design,espacially for long-duration outbound flights.     

幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路

基于机电类比原理和变厚度薄圆环的平面应力方程,推导了幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路、共振频率方程和位移放大系数。讨论了第一、二阶径向共振频率及相应的位移放大系数随圆环半径比的变化关系。结果表明,幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路是一种非互易二端口等效网络;一阶和二阶共振频率随圆环内外半径比的增大而增大;一阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大先降低后升高,二阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大而降低,但二阶时的位移放大系数整体大于一阶,因此二阶径向共振模式具有更好的径向振动性能。用COMSOL有限元软件对解析理论分析结果进行了验证,仿真模拟结果与解析理论符合良好。根据幂函数型环形聚能器的等效电路模型,进一步设计了一种压电环形换能器,计算了第一、二阶径向共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数,通过与COMSOL有限元软件模拟结果对比,符合良好。本文研究结果为幂函数型环形聚能器及压电环形换能器的工程应用提供了简明设计理论,文中研究结论可作为一种径向超声切割刀在超声工程中获得重要应用。     

两级透射-反射聚光分频电热联产系统设计和分析

在传统聚光条件下的太阳能光伏发电系统中,由于太阳光中存在所有波段的光子,而其中只有一部分能够被太阳电池用来发电,其余的部分进入太阳电池之后非但不会被用于发电,反而会变成热量使太阳电池升温,从而使电池光电转换效率下降．本文设计了一种聚光且具有分频功能的太阳能电热联产系统,利用线聚焦菲涅尔透镜和光谱选择性透过涂层改善太阳电池表面的入射光环境,在聚光的同时将不利于光伏发电的太阳光波段反射并加以收集利用．分析结果表明,与相同条件下传统的只进行聚光的光伏系统相比,两级透射一反射聚光分频电热联产系统具有更高的太阳能利用效率．