基于全等聚光面的面体分离型非成像聚光器性能

基于非成像光学原理,构建了一种与对应平板吸收体空间分离且具有全等面设计的复合平面聚光器(CSSACPC),并探究其聚能特征和光学性能。研究结果表明,CSSA-CPC能够持续稳定地收集太阳辐射,平均光学效率提升比在全等聚光面维数为4时达到最大,且其光学效率随聚光器长度的增加而上升,在CSSA-CPC的长度为2000 mm时光学效率可达92.90%。研究还发现,对于轴向东西倾斜放置的太阳能CSSA-CPC大规模阵列布局系统,优化设计的阵列单元间距为542 mm。

真空管吸收体非对称复合平面聚光器模型构建与聚能特性

复合抛物面聚光器(CPC)具有无需跟踪装置、系统结构稳定、聚集直散辐射等特征。其中太阳能复合平面聚光器(M-CPC)还具有面形利用率高、工作时间长、制造成本低等优点。本文基于边缘光线原理和蒙特卡罗光线追迹法,成功构建了非对称结构的无漏光复合平面聚光器(N-CPC),随后从工程适用性的角度进一步设计了无光线逃逸的非对称复合平面聚光器(NM-CPC),并通过可视化激光实验验证了面形结构的可靠性。研究发现,相比于贝壳形复合抛物面聚光器(SS-CPC),NM-CPC的光学效率变化更加平缓;吸热面上能流密度分布更加均匀,高温点峰值能量更低;春季、秋季具有更好的辐射能收集量,分别为206 MJ和190 MJ。研究结果表明NM-CPC具有良好的聚能特性。

基于临界截取消除多次反射的非成像聚光器设计与性能分析

针对标准复合抛物面聚光器(S-CPC)存在的反射面末端聚光能力有限、能流密度分布不均匀以及太阳辐射收集较少等问题,基于临界截取方法构建高位临界截取CPC(H-CPC)和低位临界截取CPC(L-CPC)优化模型。同时采用户外小孔光学实验验证临界截取CPC模型的可靠性,并通过理论模拟分析其光学性能。研究结果显示:H-CPC和L-CPC的平均光学效率分别为38.4%和46.3%,均高于S-CPC。此外,基于临界截取设计的CPC具有更大的光线接收角范围,即使光线入射角大于30°仍可接收太阳光线,从而有效延长了聚光器工作时间,同时其吸收体表面的能流密度分布也更加均匀。同步使用VC/C++程序求解年采光量,表明H-CPC和L-CPC理论年辐射收集量分别比S-CPC高出887.24 MJ/m^(2)和1429.89 MJ/m^(2)。临界截取CPC具有更高的能耗比,经济效益显著,对太阳辐射的收集能力更强,具有更好的工程应用潜力。