入射偏角对非跟踪复合抛物面聚光器性能影响

为了降低复合抛物面聚光器对跟踪精度的要求,提高其在集热过程中的光热转化能力,探究入射偏角对新型复合抛物面聚光器非跟踪工况时光热性能的影响机制。理论分析该聚光器在集热过程中的能量转化关系,并利用光学仿真软件TracePro研究入射偏角对聚光器光学性能的影响规律;在此基础上搭建非跟踪复合抛物面聚光器性能测试试验台,在实际天气条件下测试分析聚光器光热性能随径向入射偏角的变化规律。结果表明:当光线正入射时,聚光器的光线接收率与聚光效率分别为100%和83.42%;当径向入射偏角α为16°时,该聚光器的光线接收率与聚光效率分别为53.00%和44.82%;当轴向入射偏角β为30°时,光线接收率与聚光效率分别为88.74%和74.42%;在空气流速为3.7 m/s时,聚光器的最高出口温度与瞬时集热量分别为31.3℃和782.8 W,分别比聚光器接收上偏10°和下偏10°入射辐射时提高了3.7、6.1℃和131.0、217.9 W;该聚光器接收正入射辐射时的平均光热转化效率为77.45%,比接收上偏10°和下偏10°入射辐射的平均光热转化效率高42.14%和52.97%。

用于太阳光泵浦光纤激光聚光系统的改进型复合抛物面聚光器的设计

为研制适用于太阳光泵浦光纤激光器的聚光系统,在分析了传统复合抛物面聚光器(CPC)用于耦合光纤的可行性及其缺陷的基础上,提出了一种改进型CPC用于光纤耦合。完成了由主级抛物面反射镜和次级改进型CPC组成的太阳光泵浦多级聚光方案,并与普通CPC和透镜组构成次级聚光器的方案以及无次级聚光器的方案进行了对比。光线追迹仿真模拟结果表明:改进型CPC能够克服普通CPC出射光线发散的缺陷,从而提高与光纤的耦合效率,当主镜接收角度在±0.55°范围内,其耦合效率维持在93.53%-96.43%,该结果优于其他方案。

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θ_(max)的方法:平移、截底和旋转,给出了各方法中最大聚光角θ_(max)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δθ_(max)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。

一种复合抛物面槽式太阳能聚光集热器的性能研究

对一种新型复合抛物面槽式太阳能集热器进行了光学仿真和热性能研究。介绍了聚光器的设计与工作原理,在计算机上对其进行了三维建模,利用蒙特卡洛光线追迹模拟不同入射角、不同安装误差偏角的情况下,圆柱形聚光接收体表面上能流分布特征及光学效率的变化规律。光学仿真结果表明,当镜面反射率为0.92,在太阳光线入射角为0~7.5°时,光线接收率为99.36%~51.51%,聚光效率为92.14%~48.1%。室外测试结果显示,装置热效率为43.2%。

复合抛物面聚光器–光伏/光热与燃煤发电机组联合供能系统性能分析

设计出独立双层流道式和回路双层流道式结构的水冷式复合抛物面聚光器?光伏/光热(CPC-PV/T)电热联用装置,分析比较2种装置的特征,CPC-PV/T集热单元之间采用蛇形对冲式连接方式;提出将多个CPC-PV/T电热联用装置并联连接组成的CPC-PV/T预热系统辅助加热燃煤机组凝结水,以及作为扩容蒸发式太阳能蒸汽发生系统(VEESG)辅助燃煤机组联合热发电的预热段2种集成方式,针对2种集成方式研究其集成机制。结果表明,联合发电系统机组热经济性随CPC-PV/T进水流量的增加成线性递增趋势;其出水温度可达90℃以上,在一定进水流量范围内,CPC-PV/T热效率随进水流量的增加而降低,随辐射强度的增强而提高;CPC-PV/T电效率随进水流量的增加呈波形递增趋势,其平均电效率、热效率分别在13.4%、42%左右。与独立的光伏或光热系统相比,CPC-PV/T占地面积小、太阳能利用率高。

复合抛物面太阳能集热器热性能分析

对真空管式复合抛物面太阳能集热器的传热模型进行了分析,在总热损失系数、效率因子、热迁移因子和瞬时效率表达式的基础上,建立了有盖板带翅片的复合抛物面集热器性能预测模型,并对有盖板和无盖板两种类型接收器的集热器进行了瞬时效率的对比计算.结果表明:当集热介质与外界环境间温差较小时,在相同辐射强度的情况下,有盖板带翅片的复合抛物面集热器的集热效率反而比无盖板的复合抛物面集热器的集热效率低;而当集热介质与外界环境温差增加到一定程度时,有盖板带翅片的复合抛物面集热器显示了其集热效率高的优点.

太阳能干燥装置槽式复合抛物面聚光器热性能分析

直接式太阳能干燥系统在运行过程中,存在物料表面受热易硬化而阻碍其内部水分蒸发的问题,鉴于此,该文设计一种新型槽式复合抛物面聚光集热太阳能干燥系统,其由槽式复合抛物面聚光集热器、物料托盘、风机、空气管、控制系统等组成。利用光学仿真软件对系统中槽式复合抛物面聚光器进行光线追迹,计算分析不同入射偏角对聚光器光学效率、聚光效率等的影响机理。在此基础上,搭建太阳能槽式复合抛物面聚光集热干燥性能测试系统,在实际天气条件下,对聚光集热单元性能展开测试研究。结果表明,当入射光径向偏角为 10 时,聚光器理论光学效率可达到 70.38%,晴天太阳光正入射运行、空气流速为 6.5 m/s时,接收体出口空气温度最高为 37.2 ℃,比径向入射偏角为 10 时提高了 7.8%;加装玻璃盖板可有效提高聚光器光热转换效率,晴天时其最大转换效率为 55%左右,比无玻璃盖板时最大效率提高了约120%。研究结果可为主动式太阳能聚光集热干燥系统的进一步应用提供了参考。

弱光探测器中复合抛物面聚光镜

基于非成像光学的原理,设计并研制了一种用于弱光探测器的复合抛物面聚光镜.提出基于遗传算法的优化设计聚光镜电子光学系统的新方法,将探测器阳极对光电子的接收率作为遗传进化的目标函数,把复合抛物面聚光镜系统的几何结构参量和电参量作为优化设计的搜索变量,通过控制遗传算法的遗传进化方向,进行全局优化调整.仿真实验结果表明,优化后的聚光镜在会聚光线的同时可以对光电子实现有效的会聚.当入射角为30°时,光透过率高于75%,电子收集率为100%,可以满足具有反射式光电阴极和大探测面积的弱光探测器要求.

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。

基于复合抛物面集光器的LED教室灯具的配光设计

为了对LED教室灯具配光,建立了复合抛物面集光器配光系统。分析了LED光源发光特性,阐明了对LED光源进行二次配光的必要性。建立了三维复合抛物面集光器(CPC)模型,并由边缘光线原理计算得出三维复合抛物面集光器(CPC)模型各参数与最大出射半角θm的关系,分析了θm的制约因素。由阅读灯照度均匀度要求,确定了复合抛物面集光器(CPC)模型各参数的值,在光学分析软件Tracepro中建立了CPC模型,将LED光源置于其焦平面上,结合教室桌面与灯具距离,模拟了基于CPC配光的LED教室灯具的照度分布。试验结果表明,CPC配光系统最大出光半角为30°时,光照均匀度超过0.7,满足建筑照明设计标准GB 50034-2004对阅读照明的要求,该灯具有效光通可达95%以上。

基于复合抛物面聚光器的光通信接收天线

本文推导了复合抛物面聚光器的轮廓曲线方程,分析表明,复合抛物面聚光器的结构决定于视场和底部半径两个参量,其底部半径一定时,视场越小,高度越大、聚光能力越强;复合抛物面聚光器的截取比越大,聚光能力越强;随着视场的增大,复合抛物面聚光器的聚光能力受截取比的影响减小。利用基于多次散射的蒙特卡罗模型对光散射通信的传输进行模拟,结果表明,复合抛物面聚光器应用于光散射通信的接收天线,能增加对光信号的采集,有助于增加通信距离。

蛇形复合抛物面太阳集热器的热力性能研究

介绍基于复合抛物面（CPC）型集热器的发展现状设计出的新型蛇形复合抛物面（SCPC）集热器，重点介绍该集热器的聚光器和接收器的结构设计，并对蛇形复合抛物面集热器进行实验研究。实验结果表明：SCPC集热器的瞬时集热效率随太阳辐射强度的增大而增大，最佳照度范围在500W／m2以上；同时随着工质进口温度的提高而减小，当工质进口温度为70℃时，效率为50％～55％；集热器的热损系数为2．3252W／（m2·℃）。

紫外通信中复合抛物面聚光器的优化

为了提高紫外通信系统中接收机探测信号的灵敏度和效率,设计光学天线增强对大气中微弱信号的收集能力。结合紫外光通信系统的实际工程背景,对光探测中的复合抛物面聚光器(CPC)进行旋转、平移、截顶和截底4种优化,并做了详细的计算、模拟与仿真;通过对不同优化方法的最大入射角、接收光通量效率以及入射角与采集率关系的计算分析,得出不同参数优化后的工程适用条件,即负向旋转法可用于视线直射远距通信,截底法适用于非视线散射近距通信,而截顶法可用来替换标准CPC并达到节约材料成本的目的。

多功能复合抛物面太阳能光催化反应器研制

通过草酸铁钾化学光量计曝光试验对其光学性能进行测定,光子采集效率因子Φef为0.75,反应器具有良好的光学性能;以苯酚作为目标污染物,以表观量子产率表征光催化反应效率,P25和自制V-N-Ti O2表观量子产率分别为0.0091、0.0079,具有良好的光催化反应效率;进行全天候运行实验,能实现悬浮态、流化床和固定床3种光催化反应形态,完全降解20 mg/L苯酚,日处理量达0.96 t。

复合抛物面聚光式太阳能空气集蓄热一体化系统性能研究

以平板微热管阵列为核心传热元件结合复合抛物面聚光式集热器和相变蓄热器,提出了一种以空气为传热介质的复合抛物面聚光式太阳能集蓄热一体化系统.该系统采用复合抛物面聚光式真空管集热器为集热部件,58#石蜡为相变储热材料,搭接平板微热管阵列为核心热传输元件,在室外测试了2种不同模式(先蓄后取模式和边蓄边取模式)下系统在不同空气流量下的蓄放热性能.同时根据太阳入射光线方位角的变化,结合聚光器入射半角θ,确定了聚光器吸收太阳总辐射时间范围,建立了复合抛物面聚光式太阳能集热器对太阳能辐射能的吸收计算模型.实验结果表明:先蓄后取模式下,集热器吸收太阳辐照量在15 MJ左右,一体化装置的平均蓄热效率在36%左右,取热空气体积流量的变化对该装置日总效率影响不大,维持在34%左右;边蓄边取模式下,随着空气体积流量增加,空气有效利用量增加,装置日总效率增大,空气流量110 m^(3)/h时,空气有效利用量为7.07 MJ,日总效率为45.6%.

用于线性菲涅尔式聚光系统的复合抛物面聚光器

为了分析复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Collector,CPC)的几何光学效率及影响因素,为线性菲涅尔式聚光系统的优化设计和实际应用提供理论依据。根据用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC特点,在Matlab软件中建立模型并进行光线跟踪计算其几何光学效率。利用TracePro软件对几何光学效率模型进行验证。最后,采用该模型分析吸热管外径公差、吸热管位置偏移和线型误差对CPC几何光学效率的影响。结果表明间隙为32.5 mm、接收半角为55°、截取比为0.3的CPC配合外径为70 mm的吸热管,当吸热管外径公差小于-0.4 mm、水平方向存在偏移、垂直方向存在正偏移或线型轮廓增大等因素时,其平均几何光学效率迅速减小。实际应用中应尽可能避免以上因素,或者设计时减小CPC入射角的范围,从而降低对CPC平均几何光学效率的影响。

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。

复合抛物面型集光器的设计

在非成像光学原理的基础上，分析了复合抛物面型集光器的设计原理．采用数值计算，研究了该集光器的集光性能以及它与多模光纤的耦合．为提高耦合效率，提出了截底法和截顶法．复合抛物面型集光器已用在太阳能装置中，它也能在激光水下通信中得到应用．

复合抛物面槽式光伏聚光器性能研究

文章提出了一种复合抛物面槽式光伏聚光器，介绍了该聚光器的工作原理，利用Solidworks软件对其进行三维建模，并通过光学仿真软件对不同入射偏角、光伏组件不同安装位置时接收体表面的光线接受率和聚光效率进行计算。该课题组搭建了复合抛物面槽式光伏聚光器试验台，对该光伏聚光器的输出电功率进行了测试和对比分析。结果表明：当复合抛物面槽式光伏聚光器径向入射偏角的变化范围为O～7。时，光线接受率为99．35％。60．49％：聚光效率随轴向入射偏角的增大呈线性降低的变化趋势；光线接受率和聚光效率随光伏组件与入射光之间夹角的增大而降低；在自然天气条件下，复合抛物面槽式光伏聚光器的输出电功率约为相同测试条件下平板光伏组件的2倍。

复合抛物面-渐开线聚光的闷晒式太阳能热水器

针对全玻璃真空管与平板太阳能热水器存在系统复杂、成本高、不易维护等缺点,以及传统闷晒式热水器存在集热效率低和热损失严重等问题,提出了一种集热效率高、热损失小、成本低的基于复合抛物面-渐开线聚光的闷晒式太阳能热水器。对复合抛物面、渐开线以及复合抛物面和渐开线二者结合的聚光器进行了优化设计,制作了与该聚光系统配套的带有选择性吸收涂层的集热器水箱。最后,搭建了闷晒式热水器系统并进行了集热性能测试。结果表明,当太阳辐照强度的平均值为800 W/m^2、周围环境的平均温度约为21℃时,闷晒式热水器可以将40L水从21℃加热至62.20℃,系统的瞬时效率截距为0.63,热损系数为10.40 W/(m^2·℃)。而传统黑色聚乙烯塑料袋闷晒式热水器的瞬时效率截距为0.31,热损系数为13.32 W/(m^2·℃),与其相比,本系统在集热效率和保温性能上有着明显的优势,完全能够满足人们的日常生活用热水,具有良好的市场前景。