基于光热光伏耦合供能新型复合抛物面聚光器性能探究

非跟踪式复合抛物面聚光器瞬时集热量受入射偏角影响较大。文章通过在传统复合抛物面聚光器焦斑上方布置板背面为镜面的光伏组件,实现对逸出光线的再次利用,提高了装置的太阳能转化效率。利用光学软件对基于光热、光伏耦合供能新型复合抛物面聚光器进行了光线追迹,对比分析了径向入射偏角对光线接收率的影响。在实际环境中,测试、研究了新型复合抛物面聚光器进、出口温度、瞬时集热量、输出电功率等随时间的变化规律。结果表明,新型复合抛物面聚光器与传统复合抛物面聚光器的光线接收率随入射偏角变化趋势一致,当径向入射偏角为20°时,新型复合抛物面聚光器的光线接收率为89.00%,比传统复合抛物面聚光器增加了72.82%。在晴天集热中,新型复合抛物面聚光器最大出口温度为34.2℃,最大光热转化效率为73.40%,日输出电功率为118.40 W。

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%。

基于自主出版平台服务一流科技期刊建设的创新发展路径及应用探索——以聚光学术(Lighthouse Scholar)平台为例

中国的世界一流科技期刊建设对象应包含中文刊和英文刊,这是掌握国际学术话语权的基础。中国已经成为论文发表大国,科技期刊发展的数量和质量也在不断提升,但大部分科技期刊需依托第三方出版平台完成论文的投稿、评审及发表等工作,容易造成出版“卡脖子”问题。为了能在自主办刊上取得一些突破,中山大学中山眼科中心通过加强出版人才建设、夯实技术基础等措施,自主研发符合国情、具有医学特色的出版平台,服务中文期刊和英文期刊的全流程出版。就中山大学中山眼科中心基于自主出版平台服务自主办刊过程的一些探索进行总结分析,以期为中国科技期刊发展提供可借鉴的办刊经验。

聚光太阳能驱动二氧化碳甲烷化实验研究

针对聚光光热驱动CO_(2)甲烷化反应过程中聚光的作用机制尚不清晰的问题,以具有优异反应活性及光热转换特性的Ni/Al_(2)O_(3)催化剂为研究对象,开展了聚光光热驱动和热驱动下的CO_(2)甲烷化实验及机理研究。通过表观活化能测试、温度梯度实验及时间分辨的原位漫反射红外光谱实验,探究了聚光在反应过程中的作用机制,揭示了光热驱动CO_(2)甲烷化的反应机理。结果表明,与纯热驱动过程相比,光热驱动在相同温度下表现出更佳的催化性能。光热驱动下w(Ni)为15%的Ni/Al_(2)O_(3)催化剂在350℃下可达到86.8%的CO_(2)转化率,达到峰值转化率所需的温度比纯热驱动过程降低了25℃。此外,光热较热驱动过程的表观活化能降低了25%,且光致温度梯度进一步促进了CO_(2)的转化。时间分辨的原位漫反射红外光谱实验结果表明,聚光改善了CO_(2)在催化剂表面的吸附,促进了关键中间体的转变,增强了CO*生成CH4的反应路径,从微观动力学上促进了CO_(2)的转化。该研究为认识聚光太阳能驱动CO_(2)甲烷化过程中聚光的作用机制提供了新的思路。

基于小型菲涅尔聚光式太阳能海水淡化装置光热性能研究

设计、制造并实验测试了1种小型菲涅尔聚光式太阳能海水淡化装置。该装置采用聚光器极轴跟踪和太阳能真空管固定安装的方式,将成本低、质地轻、聚光效果好的线性菲涅尔透镜作为聚光器。利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件探究在不同太阳赤纬角、太阳时角和几何聚光比条件下的装置光学效率、集热效率、性能系数以及产水率,并根据实际材料搭建了该装置的实验台。在仿真模拟实验中得到装置光学效率平均值最高为60.29%,在实际天气下测试该实验装置的集热效率最高为46.02%、性能系数为0.23、产水率为19.90%。

不同瞄准策略的线性菲涅耳式聚光器光学性能

吸热管表面能流密度分布的均匀性对线性菲涅耳式聚光器的光热性能及安全运行有着重要影响。基于Tonatiuh光学仿真软件构建了线性菲涅耳式聚光器模型,研究了圆柱面形反射镜焦距及瞄准点位置与光斑宽度之间的关系,在此基础上探讨了不同瞄准策略下线性菲涅耳式聚光器的光学效率及能流分布的均匀性。结果表明:采用瞄准点均匀分布的瞄准策略,聚光器在保持较高光学效率的同时能够提升集热管表面能流分布的均匀性。采用优化后的瞄准策略,线性菲涅耳式聚光器光学效率可达到87.4%,集热管表面能流密度标准差由45.3%降低到30.7%,集热管顶部能流密度提升了10.2%。集热管空管预热采用该优化瞄准策略,在变占空比跟踪模式下,集热管弯曲变形程度远小于现有瞄准策略。该结果可为线性菲涅耳式聚光集热系统的优化设计提供理论支撑。

槽式复合多曲面聚光集热器光热性能研究

对跟踪精度要求高是限制太阳能聚光集热器规模化应用的因素之一,为此对一种新型非追日槽式复合多曲面聚光集热器光热性能进行光学仿真和测试分析,利用TracePro软件模拟研究入射偏角对该聚光器光学性能的影响,并在实际天气下测试分析运行工况对该聚光器接收体出口温度、瞬时集热量等热性能的影响,同时分析玻璃盖板对减小该聚光器散热损失的作用,结果表明:对应实际运行情况,该聚光器的光线接收率与聚光效率均随时间的延长先增大后减小,且在光线正入射时达到最大值,分别为96.00%与72.69%。当空气流速为3.1 m/s时,聚光器接收体出口空气温度、瞬时集热量与太阳辐照度的变化趋势一致,在晴天运行时的平均值分别为43℃与448.3 W,分别比多云天时增加4.4℃和53.1 W,且该聚光器在晴天运行时的平均光热转化效率为50.5%。此外,敷设玻璃盖板的聚光器运行时散热温差比未敷设玻璃盖板时降低19.3℃,研究结果可为非追日复合多曲面聚光器的应用提供参考。

基于气候变化的线性菲涅尔聚光系统能流密度分布规律

文章针对小型线性菲涅尔聚光系统设计了一套能流密度测试装置,研究了呼和浩特地区风沙大和纬度高等特点下系统能流密度的变化。结果表明:线性菲涅尔聚光系统的能流密度存在明显的季节性差异,夏季在11:00-15:00焦平面的平均能流密度较高,而春季和秋季在9:00-10:00和15:00-16:00焦平面上能流密度较高,冬季9:00-10:00的平均能流密度较高,夏季焦平面上的平均能流密度比冬季高2.27 kW/m^(2)。反射镜表面连续积尘54 d后,焦平面上的能流密度下降了62.7%,以镜面积尘密度作为量化指标发现,镜面积尘密度每增加1 g/m^(2),焦平面上的平均能流密度就会下降0.63 kW/m^(2)。该研究可为小型线性菲涅尔聚光系统在干旱高纬度地区运行维护提供数据参考。

漂浮式聚光升膜多效太阳能蒸馏器的性能研究

提出一种漂浮在海面上进行淡化产水的聚光升膜多效太阳能蒸馏器,该淡化装置包含一个抛物面聚光镜和多个垂直布置的蒸发-冷凝单元。采用吸水芯作为蒸发器,利用毛细吸力使海水形成上升的液膜,有效减少了加热损失。建立理论模型分析装置内部的传热传质过程。通过实验研究不同运行参数对装置温度、产水量和比能耗的影响。室内稳态研究结果表明,当太阳辐照度为900 W/m^(2)时,蒸馏器内部温差为56.9℃,产水率可达到2.64 kg/(m^(2)·h)。在户外平均太阳辐照度为603.7 W/m^(2)的条件下,装置一天产水量为5.3 kg/(m^(2)·d),日平均比能耗为1591.6 kJ/kg。

户外聚光测试系统设计

为了提高聚光系统的聚光效率,设计了一种户外聚光测试系统.选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象,采用局部测量法测试其性能.利用软件模拟聚光系统的透过率、聚光效率和聚光光斑照度分布,并利用户外聚光测试系统对二阶菲涅耳聚光系统进行实验测试.将模拟结果与实验结果对比发现:二者的光斑分布均匀性比较接近,透过率相差1.800%;聚光效率相差4.346%,主要差异来源于加工误差和测量误差.据此可以为设计和加工提供信息反馈,从而改进加工工艺,提高聚光效率.

聚光焊接与聚光太阳能电池及其应用

本文阐述了太阳能聚光原理与焊接,聚光太阳能电池,聚光钎焊与聚光热焊接,聚光太阳能焊接工程车和太阳能材料新技术的应用等问题,探讨了焊接和交通中的能源革命。

槽式复合多曲面聚光集热器光学分析及性能研究

鉴于传统槽式复合多曲面聚光集热器所固有的吸热体表面换热方式、吸热体与循环介质换热面积恒定等对集热效率提升造成限制,文章提出了可优化吸热体的槽式复合多曲面聚光集热器。通过在聚光集热器焦斑位置单层玻璃管内安装吸热体以实现光热体内换热、循环流速与吸热体换热面积的优化。首先,利用光学仿真软件TracePro计算分析了星形六翼吸热体、V形吸热体对聚光器光学性能的影响机理,基于此,在实际天气条件下,开展了聚光器内嵌星形六翼吸热体时集热性能的测试研究,分析了聚光器进、出口温差、瞬时集热量随气象条件的变化规律。结果表明,当入射偏角小于15°时,聚光器的聚光效率和光线接收率受入射偏角影响较小,光线正入射时,内嵌星形六翼吸热体的聚光器聚光效率与光线接收率最高,分别为73.08%和95.20%,当径向入射偏角为0~20°时,聚光器内嵌星形六翼吸热体时的聚光效率与光线接收率分别比内嵌V形吸热体时高6.50%和8.46%。在晴好天气下,聚光器进、出口温差、瞬时集热量与太阳辐照度变化趋势一致,且均在正午时达到最大值,分别为38.4℃和667.34 W,此时聚光器的光热转化效率为65.03%。

蝶式光伏发电聚光器的研制

通过跟踪聚光的方法,增加太阳光伏电池板的光照强度,使得同样数量的光伏电池板产生更多电能,并大幅度降低光伏发电系统的成本。介绍了一种自动跟踪太阳的蝶式光伏发电聚光器及其聚光参数优化过程,在保证聚光器的机械强度时得到了最佳聚光比。

基于透射式线性菲涅尔的聚光光伏系统聚光特性研究

为解决目前光伏发电技术因太阳能电池板生产成本高、发电功率低等因素而导致普及率低的问题,提出了1种基于透射式线性菲涅尔的聚光光伏系统。该系统采用聚光器单轴跟踪和太阳能电池板固定安装的方式,使用成本低、质量轻、聚光效果好的线性菲涅尔透镜作为该聚光系统的聚光器。利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件,分析了不同太阳赤纬角、太阳时角和几何聚光比条件下该系统的光学性能。结果表明:聚光光伏系统的光学效率相对于非聚光条件降低了15.11%,太阳能电池板的使用量相对减少了81.25%。通过在传统光伏发电系统基础上增加聚光系统的办法,可以增大光伏系统的采光面积,提高太阳辐射能量密度,从而降低昂贵太阳能电池材料的使用量,提高聚光光伏系统的经济性和可行性。但也损失了一部分光能量,降低了光伏系统的光学效率。

聚光太阳电池及其研究进展

介绍了聚光太阳电池的电特性和热特性;综述了聚光硅太阳电池的特点和研究进展,包括背结聚光硅电池、激光刻槽埋栅聚光硅电池和其他具有传统n+/p/p+结构的聚光硅电池;总结了聚光多结太阳电池的研究现状、效率的损失机理以及实现超高效电池的途径。从目前的研究进展可以看出,研发新结构、超高效的聚光太阳电池以降低光伏发电成本的前景一片光明。

基于光-机耦合的太阳炉聚光性能分析

以点聚焦太阳炉为研究对象,提出光-机耦合角度建立能流密度分布仿真计算模型,对该太阳炉理想条件下、考虑重力和风荷载作用下、实测面型条件下进行能流密度模拟分析,并进行能流密度分布实测研究。研究结果表明:对于太阳炉系统而言,在计算工况下,重力对聚光性能的影响较小,约为5%;安装误差和风致变形对聚光性能影响较大,约为11%和25%。通过理论预测和实验结果对比,提出对软件预测模型中聚光器误差因子进行9 mrad的修正。

抛物面聚光太阳能PV/T系统的热电性能分析

建立了带有散热翅片的聚光太阳能PV/T热电联产系统内部传热过程的一维稳态数学模型,对传热过程进行了数值模拟,分析了空气质量流速、入射光强度、聚光比、环境温度、上部通道高度及翅片参数对系统的空气温度、电池板温度及系统热、电效率的影响。结果表明:随着入射光强、聚光比的增加,空气出口温度和电池板温度都会增加,系统热电总效率增加;通过增加空气流量可以有效降低电池温度,提高电池的光电转换效率和系统的总能量利用效率;吸热板背面的翅片可以强化通道内空气的传热过程,降低电池板的温度,系统效率可增加约2%;在相同的光照条件下,入口空气温度越低,上部通道越窄,系统热效率越高。研究结果为聚光太阳能PV/T热电联产系统的设计和运行提供了理论依据。

聚光光伏发电国内外研究现状

从国内外聚光光伏发电技术的主要研究方向入手,分别介绍了聚光倍率、聚光器、太阳能跟踪方式、冷却与热管理系统4方面的研究现状,展望了太阳能聚光光伏技术的应用前景。

聚光钙钛矿叠层太阳能电池性能数值模拟研究现状

钙钛矿太阳能电池自面世以来,以巨大的发展潜力,受到了研究人员的重点关注。通过多年的发展,钙钛矿电池的性能得到了显著提升,在正常光照条件下,光电转换效率超过25%,性能方面已经达到了进入市场的条件。钙钛矿太阳能电池极具科学研究价值和实际运用前景。本文对钙钛矿太阳能电池的结构及性能的数值模拟做了系统性总结,综合国内外聚光钙钛矿太阳能电池的发展,以及数值模拟研究工作,同时也对钙钛矿太阳能电池的未来发展方向做了分析与展望。

槽式均匀聚光系统设计及分析

为提高槽式聚光系统的聚光均匀性,提出一种槽式均匀聚光系统,建立了该系统反射聚光器模型,并对其聚光效果进行了分析。对系统的几何参数分析表明,随着反射镜面数量的增加其宽度在逐渐减小而其倾角却在逐渐增加,系统最大几何聚光比随系统的几何高宽比δ增大而增加。利用蒙特卡罗光线追迹方法对该聚光器的聚光效果进行模拟,结果表明该系统的聚光均匀性明显优于传统的槽式聚光器聚光效果,能够满足设计需求。