圆柱型集热器腔体优化设计及光学性能分析

为了提高碟式太阳能热发电系统中圆柱型集热器的光学性能,文章利用Tracepro光学软件建立了圆柱型集热器-聚光器仿真模型,并通过数值模拟分析了当圆柱型集热器采光口平面与聚光器焦点之间的距离发生变化时,采光口平面上能流密度的分布情况,以确定圆柱型集热器的最佳位置,此外,还分析了锥腔径比对圆柱型集热器光学性能的影响。分析结果表明:采光口平面距离聚光器焦点越近,采光口平面上能流密度的分布趋势越趋近于高斯分布,即越接近实际分布情况;锥腔径比越大,圆柱型集热器的光学性能越好,当锥腔径比为0.95时,圆柱型集热器的光学效率为75.3%,比锥腔径比为0.30时高出14.1%。     

金属直通型集热管非选择性吸收涂层段热性能研究

考虑金属连接裸管和膨胀节的影响,建立了太阳能槽式集热器能量转换数学模型,分析其吸热、散热和光热转换效率并与常规计算方式进行了对比。计算表明金属连接裸管段的热损失较大,其对集热器性能的影响较膨胀节更为显著。随着太阳直射辐射强度的降低和金属集热管温度的升高,太阳能槽式集热器光热转换效率逐渐降低。对比等同计算方式,本文所采用的差异化计算所得的吸热量较低,集热器热效率与文献中的实测值相比误差在3%左右,更加贴近实际情况。     

采用真空柱状接收器的碟式集热器光热特性研究

提出利用柱状真空管作为碟式太阳能聚光系统的接收器,强化碟式抛物面太阳能聚光器的接收效率、降低系统对跟踪精度的要求,进而降低整个系统的工程造价,实现系统低成本运行。对系统结构进行光学和传热性能分析,给出几何聚光比随接收器几何参数的变化规律。结果表明,接收器在跟踪误差为0.5°时,几何聚光比仍可达到理想情况时的80%。结合传热学计算和Tracepro光学仿真,得到接收器热损失系数随接收表面温度,以及局部能量聚光随跟踪误差的变化规律,为此类碟式太阳能聚光集热器的优化设计提供依据。     

对太阳能热发电走向成功之路的思考

从理论方面对降低太阳能热发电投资成本的方式进行了分析,认为可通过扩大规模来降低投资成本,依靠扩大发电系统的规模和优化镜场设计来提高太阳能热发电系统的光电转换效率;碟式和点聚焦菲涅耳聚光系统的光热转换效率高,竞争力较强。当采用超大功率蒸汽轮机时,可使发电系统的规模扩大10倍、热电转换效率提高25%;按照光学效率和接收器热效率均达到92%计算,碟式聚光系统的光热转换效率可达到84.64%,而塔式聚光系统的光热转换效率为57.73%,前者比后者提高了46.62%,使碟式太阳能热发电系统的光电转换效率比塔式太阳能热发电系统的提高了83.3%,从而使碟式太阳能热发电系统的总投资成本比塔式太阳能热发电系统的下降了45.4%,共用跟踪系统使其总投资成本又下降了4.8%,再加上碟式太阳能热发电系统的中发电系统规模扩大10倍,最终,碟式太阳能热发电系统的总投资成本可比塔式太阳能热发电系统的降低75.2%。在不考虑材料和制造技术方面进步的情况下,太阳能热发电的上网电价可从目前的1元/kWh降至约0.25元/kWh,使太阳能热发电成为未来有竞争力的主要能源技术。     

圆柱型碟式太阳能接收器聚光集热耦合实验研究

太阳能热发电系统中聚光、集热协同进行,聚光太阳能能流极不均匀,对能量转换效果有较大影响。为避免太阳直射辐照度的变化对实验结果的影响,采用碟式聚光器和圆柱型接收器,搭建了两套结构一致的实验系统,同时开展聚光和集热实验,提高了实验数据的准确度。接收器采光口能流分布是聚光和集热效率研究的基础,利用水冷式能流密度传感器,在接收器集热实验时同步测量了接收器采光口能流密度分布,通过面积剖分,得到接收器入射能流。开展集热实验,分析了太阳能直射辐照度和工质流量变化对系统集热效率的影响。研究结果表明:随直射辐照度增加,系统入射功率、输出功率和接收器采光口截获功率不断增加,但上升趋势逐渐变缓;聚光器聚光效率、接收器热效率、系统总热效率均呈下降趋势,且斜率逐渐变缓;随着传热工质流量增加,接收器腔内壁面温度下降且温度场梯度变小,减少了接收器热损失,系统输出功率不断加大,总热效率不断提高。     

太阳能黑腔集热器的设计及实验研究

在黑体概念的基础上,设计了1种新型太阳能腔体集热器,并进行了实验。新型太阳能腔体集热器利用黑腔的高吸收率、泡沫板的良好隔热性以及玻璃板营造的温室效应,使得集热器的整体热损失明显下降,从而提高了集热效率。测试结果表明:集热器内介质为水时,平均温升为15.1℃,最大温升为21℃,热效率最低为53%。各项热损失计算结果表明:黑腔辐射造成的热损失最大,反射热损失和对流热损失很小。新型太阳能腔体集热器结构紧凑,单位体积的有效吸热面积较平板太阳能集热器和真空管太阳能集热器大。     

太阳能平板集热/储热系统

介绍一种将相变储热材料和太阳平板空气集热器相结合的太阳能集热/储热系统(包括结构设计和试验测试),并对整个系统的储热效率和热损失进行了估算.结果显示,装置的储热效率可达23%,热效率达55%.而同样情况下的普通集热器的热效率仅为19%,远远小于前者.因此,该太阳能集热/储热系统可有效降低集热器的热损失,提高集热效率.     

典型太阳能集热器热性能研究

以当今市场保有量最高的两种典型太阳能集热器——全玻璃真空管型太阳能集热器和平板型太阳能集热器为研究对象,从能量传递角度,构建了太阳能集热器在理想状态下的热效率模型,并依据模型计算了极限热效率;最后对两种太阳能集热器做了热性能测试实验,并使用最小二乘法拟合出太阳能集热器瞬时热效率与归一化温差的关系,对比两种太阳能集热器在同一实验条件下的极限热效率和热损失系数,并验证了该模型的正确性。     

太阳能光热利用

<正>太阳能光热利用的基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置,主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器(槽式、碟式和塔式)等四种。通常根据所能达到的温度和用途的不同,而把太阳能光热利用分为低温利     

蛇形太阳能空气集热器流道布置的优化分析

加装扰流板的蛇形太阳能空气集热器是平板式太阳能空气集热器的常见改进形式。文章对上风道、双风道、下风道蛇形太阳能空气集热器的集热效率和热量损失进行模拟分析。分析结果表明:3种太阳能空气集热器的集热效率随着测试时间的变化均呈现出先升高后降低的变化趋势;上风道、双风道、下风道蛇形太阳能空气集热器的平均集热效率分别为57.53%,64.69%,65.24%,热量损失分别为429.26,323.97,317.01 W。     

不同热调控策略下太阳能PV/T PCM系统性能实验研究

通过在太阳能集热器中添加饱和式脂肪酸相变材料,对太阳能光伏光热系统的不同热调控策略开展了实验研究。分析集热器中通水和不通水两种热调控策略对系统能量利用的影响。结果表明：相变材料可有效降低光伏板温度,但两种热调控策略下相变材料存在明显的温度分层现象;与不通水策略相比,通水策略在强化系统换热的同时促进了更多余热的回收,不通水和通水策略的热效率分别为71.3%和77.1%;通水策略可以更加有效地降低光伏板温度,缓解相变材料过热的影响,光电转化效率提高了7.3%。     

无吸热管球形腔式集热器的设计与数值模拟

腔式集热器是点聚焦式太阳能集热系统的核心部件。目前,大多数腔式集热器均在腔体内壁上铺设吸热管,这样会导致该腔式集热器结构复杂、热损失严重。因此文章提出了一种新型的无吸热管球形腔式集热器,并对该腔式集热器的结构参数进行设计,而后采用Trace Pro,ANSYS软件对该腔式集热器进行光学仿真和热稳态分析。研究结果表明:无吸热管球形腔式集热器可以对聚焦光线进行多次反射和均匀吸收,光吸收率大于90%;当腔体内壁温度为500℃时,该腔式集热器的热效率为57.5%,随着腔体内壁温度的逐渐降低,热效率会逐渐升高;导热腔壁的热流主要集中在工质孔处,导致工质孔处工质获取热量的效率较高。     

磁纳米流体热管太阳能集热装置换热性能试验

设计了一套换热系统试验台,分别把磁纳米流体和水作为热管的工质,对玻璃真空管内插热管式太阳能集热器进行对比试验,分析两种集热器处于不同倾角、不同天气条件、不同总辐射量下的光热转换瞬时效率及日平均效率。此外,比较了玻璃真空集热器和热管内插式集热器的平均热损失系数。研究表明:内插热管式集热器的平均热损失系数约为全玻璃真空管集热器的2.32%,远小于全玻璃真空集热管,且工质为纳米流体的热管式玻璃真空管太阳能集热器的热损失系数比水工质热管真空集热管更低,其瞬时效率及日平均效率更高,运行更加高效、安全、稳定。     

利用条缝射流强化无盖板型太阳能集热器性能

为提升无盖板型太阳能空气集热器热性能，设计一种条缝射流型太阳能空气集热器，并利用数值模拟和实验验证对其热性能进行分析。集热器内部流动及换热特性的模拟结果表明，利用圆孔和挡片形成的条缝射流能对集热板形成有效覆盖，进而提高进气与集热板的对流换热。射流条缝存在最优结构参数，当圆孔直径为25 mm时，条缝宽度在3 mm处接近最优；集热效率则随挡片直径的增大而增大，是由于射流贴附效应在变强。实验结果表明，条缝射流型集热器的全天热效率稳定且高效。当处理气量为39 m3/h时，该集热器全天热效率稳定在约48%，优于传统的无盖板渗透型太阳能集热器。     

槽式太阳能热发电站的设计

针对槽式热发电系统的集热器进行分析,讨论了集热器的光学效率和集热管热损失模型,在此基础上利用Solar Advisor model 2010软件并结合经验数据,模拟和计算了槽式太阳能热发电系统的集热器面积,为槽式太阳能热发电站设计提供理论依据。     

25 kW碟式太阳能热发电系统建模和性能分析

以一套25 kW碟式太阳能热发电系统为研究对象,对系统的各个部件进行数学建模并计算在典型工作条件下各个部件的热效率和效率;评估各个部件的性能,并串联成整个系统;分析整个碟式太阳能热发电系统的性能状况,并与实际碟式太阳能发电站的运行状况作比较,据此来判断模型的可行性,找出系统能量损失的关键环节,并为今后系统的改进提供依据。     

小型菲涅尔式CPV/T集热器光热特性研究

为充分利用建筑屋顶,解决光伏光热一体化(PV/T)集热器光电转换效率的高温减益问题,并提高太阳能综合利用率和集热品位,文章构建了一种基于太阳光谱分频利用技术的光伏/光热模块分离式的小型聚光式PV/T集热器。通过建立其光/电/热理论分析模型及TracePro/Fluent数值仿真模型,以南京地区气象数据为例,综合分析其光/电/热性能,结果表明:该集热器以与安装地纬度等值的倾角南北轴向放置时,其年均光学效率为64.97%,工质出口温度为90℃时的系统光电/光热效率分别为12.47%,40.09%,系统综合热效率达72.91%,且其结构简单、外形轻薄,有望实现与普通建筑的有效结合。     

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。     

槽式太阳能集热器热性能实验测试

针对天津市槽式太阳能集热系统性能测试平台,对不同太阳辐射强度、入口流体温度以及不同工质流量状况下集热效率和集热管压降变化规律进行实验测试,通过测试数据对槽式太阳能集热器热性能进行分析。试验结果表明:在天津地区槽式太阳能集热器集热效率可以达到66.1%;太阳辐射强度的增强,会提高集热效率,并且集热器进出口的压降会随之降低;在太阳辐射强度和导热油流量一定时入口流体温度存在最佳值;集热效率和集热器进出口的压降随着流量的增加而增大。     

反射圆锥几何参数对半球形吸热器光学性能的影响

基于Tracepro光学分析软件,以实验室自行研发的碟式太阳能聚光器-半球形腔式吸热器系统为对象进行三维实体建模,探寻放置腔体穹顶的反射圆锥几何参数(圆锥锥角)对吸热器性能影响规律,同时探讨吸热器采光口距聚光器焦点平面距离L对吸热器性能影响。模拟结果表明:反射圆锥半径为20 mm,锥角α=120°时,半球形腔式吸热器光学性能最优;吸热器采光口距离聚光器焦点前后变化时得出各参数呈正态分布。可为碟式太阳能聚光反射系统的设计和优化提供参考,并为下一步的实验研究提供基础。