碟式抛物面太阳能聚能器焦面特性数值仿真

结合太阳能聚能器的光学特性,同时考虑了太阳不平行度、跟踪指向误差、镜面的反射误差以及焦面位置误差等误差因素,采用蒙特卡罗法对碟式抛物面太阳能聚能器的焦面特性进行了数值模拟分析,获得在等口径和等焦距条件下,边缘角对焦平面热流分布的影响,为碟式太阳能聚能器的设计和安装提供参考依据。     

碟式太阳能镜面组件面形误差影响分析

运用Matlab高效的数值计算能力进行蒙特卡洛光线追迹模拟太阳光的反射聚焦,实现编程计算结果的可视化,进而分析碟式抛物面聚光器焦斑处的能流密度分布。通过分析入射太阳张角、反射表面斜率误差及其散射误差对单块镜面组件焦斑处能量分布的影响,并通过Soltrace软件论证了算法的准确性。最终根据光斑实际形状以及热头位置靶点尺寸,确立合理的面形精度误差指标,为镜面组件制造商的生产加工及面形误差检测提供理论依据及检测标准。     

碟式太阳能俯仰轴跟踪精度研究

通过非线性回归的方法克服了由于加工精度、安装精度等带来的机械精度变差的影响,提高了碟式太阳能俯仰轴的跟踪精度,使得碟式太阳能的发电效率大为提高。     

太阳能集能器自动跟踪装置

太阳能集能器自动跟踪装置是由传感器、方位角跟踪机构、高度角跟踪机构和自动控制装置组成。自动跟踪装置驱动太阳能集能器 ,使集能器的主光轴始终与太阳光线相平行。当太阳光线发生倾斜时 ,传感器输出倾斜信号 ,指示执行器动作调整太阳能集能器的角度 ,直到太阳能集能器对准太阳 ,实现自动跟踪太阳的目的。在阴天或太阳光辐照度低于工作照度时自动关机 ,太阳光辐照度达到工作照度时自动开机。该装置适用于聚光式太阳能集能器、太阳能电池等需要跟踪太阳的装置     

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。     

超临界二氧化碳太阳能腔式吸热器数值模拟研究

针对太阳能碟式聚光器,设计了一种工质为超临界二氧化碳的圆台形腔式吸热器,建立了腔式吸热器的光热模型。采用蒙特卡洛光线追踪法分析了腔式吸热器的光学特性,并基于相关理论,将热边界条件导入Ansys Fluent软件中,对腔式吸热器的光学特性及流动传热特性进行了计算流体力学(CFD)仿真模拟,得到腔式吸热器内工质出口温度、工质流动压降、光学效率、热效率以及散热损失随着工质进口温度(100～200℃)和太阳光辐射强度(400～1 200 W/m²)的变化规律。结果表明：不同太阳光辐射强度下,吸热器的光学效率基本不变;太阳光辐射强度对腔式吸热器热效率的影响不明显;工质进口温度越高,吸热器的热效率越低;腔式吸热器散热损失中,自然对流散热损失最大,其次是辐射散热损失及导热散热损失。     

半透明玻璃管束吸热芯聚集太阳光传输特性分析

为研究石英玻璃管束吸热芯对聚集太阳光的传输穿透性能,建立石英玻璃管束吸热芯多表面界面反射、折射和介质吸收光路传播模型。采用动态包覆面蒙特卡洛射线踪迹法(MCRTM)加速算法,模拟分析聚集太阳光束在石英玻璃管束吸热芯的传输过程,考虑玻璃光束倾斜角度、结构参数和聚集太阳光集中度等因素对聚集太阳光辐射传输性质的影响。结果表明石英玻璃管束吸热芯(长度5 cm,壁厚0.4 mm)对聚集太阳光的吸收比低于5%,是一种较为理想的低吸收换热芯材料,此结论为半透明玻璃管束吸热芯的创新发展提供了参考依据。     

碟式斯特林发动机的研究进展

太阳能的利用和斯特林发动机的研发符合目前解决全球能源危机问题的需要。对斯特林热机的发展过程和循环工作原理进行了总结,综述了国内外对于碟式斯特林发电技术的应用现状,归纳了碟式斯特林发电系统中太阳光跟踪控制系统、接收器聚热技术、斯特林发动机功率控制技术和斯特林发动机密封技术等关键技术的研究成果和应用现状,总结并展望了碟式斯特林发电技术的发展重心,为进一步的研究工作提供参考。     

可实现均匀能流分布的太阳能碟式/三角形腔体接收系统的光学特性研究

提出一种三角形腔体接收器应用到抛物碟式聚光系统,实现腔体接收器底部吸热器表面的能流均匀化。基于OptisWorks光学软件研究三角形腔体接收器的截面尺寸、腔体高度、腔体侧壁面的反射特征(镜面反射或漫反射)和反射率等对其光学性能的影响。光学性能指标包括腔体接收器的光学效率、吸热器表面的能流非均匀因子及其接收的总太阳辐射能。分析聚光器的扇形缺角、正方形聚光器和跟踪误差,以及三角形截面和腔体底部的裁剪对接收器光学性能的影响。结果表明,腔体接收器的壁面反射特征和反射率对其光学性能影响显著,提高腔体侧壁面的反射率和选择镜面反射材料能使吸热器获得更多的太阳辐射能。在腔体截面尺寸和壁面反射特征一定时,总存在一个较佳的腔体高度使吸热器表面的能流非均匀因子减小到0.1以下。此外,将三角形腔体裁剪成六边形或正六边形截面时也能获得均匀的能流分布。该文研究为吸热器表面能流均匀化提供了一种新的解决方案,可应用于碟式聚光集热和碟式聚光光伏领域。     

旋转曲面式两级反射系统的太阳能聚集与传输特性分析

提出一种改进型卡塞格林反射太阳能聚集系统,将其二次镜面方位进行旋转变换,接收面可据此灵活布置,对聚集系统的结构优化具有重要应用价值。通过建立旋转曲面式两级反射系统的数理模型,根据几何光学原理推导二次镜最大可旋转角度,并用射线踪迹蒙特卡洛法(MCRTM)模拟接收面能流分布特性。结果表明,此系统下聚集光斑遵循高斯分布,虽然聚光比同单级碟式抛物面有所降低,但可在保持较高聚光比的同时灵活改变光路方向。     

获得最大日照度的协调控制方法的研究——多镜面聚光型太阳能光伏系统

针对目前太阳能聚光方式,提出了采用平面镜反射聚光的多镜面阵全跟踪聚光方案.首先描述了多镜面聚光型太阳能光伏系统的基本结构及其跟踪控制原理和方法.通过对多镜面阵聚光系统对太阳全方位跟踪控制分析,推出了太阳电池组件和平面镜阵在跟踪过程中方位角、倾角及空间位置变化的运动方程.通过建立了平面镜阵与太阳电池组件之间的运动关系,实现太阳电池组件跟踪控制以及平面镜阵之间的跟踪协调控制,并对此系统进行了定量分析和数值计算.     

三角元薄膜拼合太阳能聚光器汇聚性能研究

针对一种轻质量的张拉薄膜太阳能汇聚系统,以三角元薄膜拼合反射面为研究对象,同时考虑模型原理误差、太阳光不平行度、接收器遮挡影响,跟踪误差等因素,采用蒙特卡罗法数值对比2种不同三角元拼合膜面在接收面的汇聚辐射能流密度分布情况,分析不同拼合形式、分环数、焦径比、跟踪误差对接收面辐射能流密度分布的影响,为三角元薄膜拼合太阳能聚光器参数选择和聚焦性能分析提供依据。     

蒙特卡洛法模拟集热器入射面太阳辐射的算法研究

复杂几何形式的太阳集热器辐射分析一般采用射线跟踪法,模拟的太阳辐射仅考虑直射辐射的入射方向,不适用于精确的辐射分析。通过把集热器入射面作为太阳辐射的入射起始面,以蒙特卡洛法为基础模拟太阳辐射。通过考虑直射辐射、散射辐射、太阳辐射的光谱分布以及太阳辐射32/张角等影响因素,研究了模拟射线的辐射位置、辐射方向、波长分布及辐射能量的相关算法,并进行了数值计算验证。以上研究综合考虑了影响太阳辐射的因素,准确模拟了进入集热器入射面的太阳辐射,为太阳集热器精确的辐射分析提供了基础。     

空间对称聚光太阳能系统在地球轨道的运动姿态规划研究

以空间对称聚光发电系统为研究对象,为实现系统全天候对日定向聚光,对系统的在轨姿态进行规划研究。首先,从运动学角度研究系统定向参数和入射光方位间的变换关系,分析出各关节角随时间的变化规律,并通过系统跟踪光线得出定向参数与光线跟踪角之间的关系;其次,给出一种系统对日定向姿态调控策略和具体实现方法,验证了姿态规划在满足对日定向条件下的合理性和有效性。这种规划策略能保证系统的高效、连续聚光,显著提高整体系统的聚光比。     

跟踪式光伏发电系统研究

根据某地实测的太阳辐射数据,仿真比较了配备有单轴跟踪和双轴跟踪等4种跟踪控制的光伏发电系统与固定式光伏发电系统的太阳辐射利用率。并在此基础上对4种跟踪系统的跟踪角控制规律及跟踪控制方式进行了详细的分析,得出倾纬度角单轴跟踪系统控制规律最为简单,算法实施更为实用的结论。同时,也在理论上证明了采用步进式控制方式的跟踪系统能够在保持较高太阳辐射利用率情况下简化控制系统设计,有利于工程设计及应用。     

复合抛物面聚光太阳能PV/T系统的实验研究

设计并搭建了CPC低倍聚光太阳能PV/T单通道空气系统实验台,对不同工作环境下聚光PV/T系统的热电性能进行了实验研究。实验研究结果显示:在聚光条件下,系统的各表面温度随光照强度的增加而升高,随下部通道入口空气流速的增加而降低。聚光PV/T系统的最大输出功率可达到60W,比对应相同电池面积平板系统最大输出功率高20W。聚光PV/T系统的各效率随光照强度增加而增大,系统的最大电效率为11%,最大热效率为70%,最大火用效率为16%,比单纯发电时最大火用效率提高约5%。实验获得了一批新的有价值的实验数据,为聚光太阳能光伏光热系统的进一步研究提供了依据。     

基于三角腔体吸收器的透射式菲涅尔定焦线系统聚光特性分析

为解决线性菲涅尔太阳能集热系统单轴跟踪过程中出现的聚光焦线偏移以及降低系统跟踪能耗等问题,提出一种透射式菲涅尔定焦线太阳能聚光器.该聚光器采用极轴跟踪方式与线性菲涅尔透镜定期滑移调节方式相结合,可实现固定焦线聚光.将该聚光器与三角腔体吸收器所组成的太阳能集热系统,利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件分析...     

用于土地灌溉的半掩埋管式聚光太阳能蒸馏器的实验研究

提出一种用于直接为植物根系供水的聚光式太阳能蒸馏管设计思想,对装置结构和运行原理进行介绍,对用于该蒸馏管的聚光面进行聚光性能仿真,证明其具有宽广的聚光角,当光线入射角等于30°时接收率仍然达到近65％.并在实际天气条件下对蒸馏管的产水性能和运行温度进行了实验测试,给出了装置内部的工作温度和产水性能随时间的变化曲线.实验...     

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。     

太阳能等照度带聚焦菲涅耳透镜研究

为了提高聚光发电时太阳电池的光电转换效率,从提高太阳电池表面会聚光强分布的均匀性入手,对传统平板型线聚焦透镜进行改进,提出一种用于聚光光伏发电的等照度带聚焦菲涅耳透镜设计方法。带聚焦菲涅耳透镜分为奇数个单元,每个单元宽度与太阳电池宽度相等,单元内所有尖劈角φ相等并将太阳辐射等宽度折射至太阳电池表面,从而实现各单元透过的太阳能等照度叠加。最大聚光比由光伏电池宽度、透镜与太阳电池间距以及透镜材料折射率决定。对带聚焦和线聚焦两种透镜聚光条件下电池表面温度分布情况进行比较分析,验证了等照度带聚焦透镜设计的可行性。