应用于聚光光伏模组的全反射式二次聚光器的设计与性能分析

当前聚光光伏系统存在很多问题,比如跟踪器的跟踪精度偏低、聚焦光斑强度分布不均匀、聚焦光斑的形状跟太阳电池不匹配等,二次聚光器可以解决这些问题,从而提高高倍聚光光伏系统的光电转换效率。对高倍聚光光伏系统中的菲涅耳透镜和二次聚光器的聚光原理进行了简要分析,重点对全反射式二次聚光器进行了二维聚光的理论分析,并配合非成像光学的光线追迹方法,设计并加工了应用于某高倍聚光光伏系统的全反射式二次聚光器。对该二次聚光器的主要性能进行了仿真分析及评价,结果表明:该聚光器能提高高倍聚光光伏系统的整体性能。

具有二次聚光器的新型大开口槽式太阳集热器设计与光学性能分析

针对大开口和更高运行温度的槽式太阳能热发电系统,提出一种可实现高聚光比、低辐射热损及能流密度均匀的新型槽式太阳集热器,即在集热管内放置外壁具有太阳选择吸收膜层和内壁具有反射膜层二次聚光器的大开口槽式太阳集热器。建立圆弧为微元段的自适应设计新方法,提出3种典型的二次聚光器面型,利用蒙特卡洛光线追迹方法仿真新型集热器的能流密度分布特性,验证该光学仿真方法,分析影响集热器光学性能的各种因素。结果表明,该集热器可显著提升集热效率。

太阳能热推力器二次聚光器再生冷却过程

为克服太阳能热推力器折射式二次聚光器容易破裂的缺点，本文采用再生冷却技术，对二次聚光器与推力室进行了一体化设计，并对该过程进行了流动与传热仿真。仿真结果表明，该设计可有效地降低聚光器的工作温度至1600K以下，热应力分析表明可有效降低其破裂的可能性。同时该设计可预热推进剂至500K以上，提高了系统的能量利用效率。通过进一步对吸收腔内的热辐射分析发现，工质流动对吸收腔壁温影响较小，吸收腔壁面仍然可以维持2400～2600K的高温。

基于太阳能斯特林发动机的反射式二次聚光器设计

针对透射式太阳能斯特林发动机实验教学平台运行过程中因一次反射光线直接逃逸导致的光学损失问题,在太阳能斯特林发动机热端增设一个反射式二次聚光器,不仅增加光线被拦截次数来提高光学效率,而且增大菲涅尔透镜对入射光线的跟踪误差容忍角度。该文给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对该设计实例进行了光学建模和仿真模拟。结果表明,当光线垂直入射时,相较于未增设工况,增设该二次聚光器的太阳能斯特林发动机光学效率提高了87.3%;增设该二次聚光器使得菲涅尔透镜对入射光线的跟踪误差容忍角度增至1.5°,对应的光学效率为光线垂直入射时的97.2%。

线性菲涅尔式太阳能聚光系统二次聚光器研究进展

二次聚光器配合固定安装的高温真空集热管(由吸热管和玻璃管组成)可以解决旋转接头高温动密封的技术难题,运行更高温的传热介质,使线性菲涅尔式太阳能聚光系统在提高发电效率和降低成本方面更具潜力.本文综述了传统复合抛物面二次聚光器(CPC)和新型二次聚光器的研究进展,重点论述了CPC间隙确定方法和接收半角的选择对其光学性能的影响,分析了新型二次聚光器的优缺点,探讨了二次聚光器的实际应用问题,展望了二次聚光器未来的研究重点.分析结果表明:对于CPC间隙确定方法,渐开线起始点前移的间隙损失较小且易于后期加工;接收半角的选择应综合考虑CPC光学性能和开口宽度.基于自适应方法的新型二次聚光器光学效率与CPC相当;当要求吸热管表面达到更高的能流密度或吸热管周向能流分布更均匀时,CPC为最佳选择.

基于AZO的光谱选择性反射膜制备及其在聚光器中的应用研究

铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜在红外波段具有高反射率的特性。设计了SiO_(2)/AZO/Al_(2)O_(3)/Glass/SiO_(2)光谱选择性反射膜。通过软件仿真和实验研究,探究了SiO_(2)、AZO、Al_(2)O_(3)薄膜的光学常数以及物理厚度对SiO_(2)/AZO/Al_(2)O_(3)/Glass/SiO_(2)薄膜光谱特性的影响,确定了光谱选择性反射薄膜的制备工艺参数。根据工艺制得了对可见光平均透射率接近90%、红外(2.5~20μm)平均反射率大于85%的光谱选择性反射膜,薄膜的辐射率为0.08~0.12。以表面镀有光谱选择性反射膜的玻璃作为线性菲涅尔式聚光系统中的二次聚光器窗口,设计了新型二次聚光器。光谱选择性反射玻璃有效阻挡了集热管的热辐射,使聚光器辐射热损失降低约66%。

折射式二次聚光太阳能热推力器性能预示

针对折射式二次聚光太阳能热推力器,给出了太阳能热推力器(STP)性能预示的工程算法。计算结果表明,以氢气为工质,STP具有比冲较高(7500N·s/kg),推力范围宽(0.6～50N)的特点,并分析了聚光器的聚光比、太阳辐射能通量密度和工质气体的流量对STP性能的影响,得出了参数间的变化关系,为STP设计参数的选取和进一步研究提供了重要参考。

基于TracePro的复合抛物面聚光器的设计

利用复合抛物面聚光器(CPC)几何关系,推导出实际设计和tracepro中建模所需要的焦距,出射口半径a以及最大聚光角θ三个参数的之间的关系,并从实际生产成本考虑选取合适的截取率实现二次复合聚光器的建模。该设计可广泛应用于太阳能利用和照明领域的非成像光学应用方面,即提高发光效率,又降低太阳能电池板的生产成本,具有良好的实用价值和前景。

三运动复合线性菲涅耳反射式太阳聚光系统的性能研究

为改善线性菲涅耳反射式聚光系统的余弦损失对系统聚光效率的影响,提出了一种运动式线性菲涅耳反射聚光系统,该聚光系统依靠镜场与太阳保持反向运动来减小余弦损失.通过在广西柳州(北纬24°03')搭建的实验台架对系统的可行性和效率增加进行了验证.实验结果表明该新型系统对太阳光的聚光效率比固定式菲涅耳系统提高9%左右,与理论计算值相当.文中亦利用光学仿真分析对系统布置的优化进行了探讨.分析结果表明在现有系统参数的基础上,适当降低接收器高度可进一步减小余弦损失;在二次聚光器接收允许的范围内适当增大镜元间距还可减小镜场遮挡损失,继续提高系统聚光集热效率.

组合式免跟踪聚光光学系统设计（英文）

针对当前聚光光伏系统中自动跟踪系统故障率高及跟踪成本大等问题,提出了一种由线聚焦菲涅耳透镜、反射式二次聚光器和全反射棱锥组成的组合式免跟踪聚光光学系统,论述了各组成元件的工作原理与设计方法。在光学设计软件Zemax里对该系统进行结构优化与仿真分析,结果表明,在俯仰角最大为16°时,该系统的平均聚光效率为24.1%,与FRS系统相比提高了18.7%。集成了基于组合式免跟踪聚光光学系统的免跟踪聚光光伏模组,初步测试结果表明,该模组在非跟踪状态下光电转换效率最高达到19.6%,4 h后光电转换效率仍能达到5.9%。

点聚焦太阳炉设计方法与研制实践

从聚光原理、光学计算、硬件设计,到安装与调试,详细介绍了点聚焦太阳炉的研制过程。根据当地用户的需求和太阳能资源,通过自行设计的光学软件,计算出典型日一次反光定日镜在二次聚光器截光口平面上的照射情况、二次聚光器的最佳焦距以及焦平面焦点处的峰值热功率。模块化设计的一次反光定日镜,不仅降低了制造成本,提高了生产效率,简化了一次反光定日镜的整体支架,同时给运输和安装带来了方便。单元反光镜反光面采用12点支撑,为定日镜的单元镜面调平创造了条件。同样采用模块化设计的二次聚光器,有利于制造成本的降低,方便运输和现场安装。反光镜单元面型可调,大大增强了点聚焦太阳炉参数的适应性。通过样机研制,验证了设计方法的可行性。

直漏斗二次聚光对单光谱氙灯-热光伏系统性能的影响分析

设计了一种热光伏电池单光谱辐射能-电能转换特性的测试系统。通过带通型滤波片和直漏斗二次聚光器实现了氙灯与电池间单光谱、能流密度可调的定向辐射传输。基于蒙特卡罗射线追迹法,构建了氙灯-热光伏测试系统的光谱辐射传输模型,分析了电池表面辐射能流的分布特征,讨论了二次聚光器开口尺寸和高度的影响规律,并从理论上计算了GaSb电池在单光谱、高能流辐射下的电流-电压曲线、输出功率和热电转换效率。结果表明,直漏斗二次聚光器的引入有效提高了热光伏电池的热电转换性能,电池表面辐射能量提高了105.3%,且均匀度高达95%,电池的输出功率提高了109.1%。

曲面聚光太阳电池组件研究

计算、设计并研制了双球面型和抛物面-双曲面型二次反射聚光器,将其分别与多晶硅太阳电池结合组成聚光光伏系统,在常温下进行聚光试验,与无聚光多晶硅太阳电池相比,输出功率分别提高3.1及2.5倍。结果表明,利用二次曲面反射聚光器的聚光太阳能装置可以提高太阳电池的输出功率;一定程度上克服了太阳光能量的分散性,具有很好的应用前景。