单轴菲涅尔反射聚光CPV/T系统的分析与研究

基于TracePro光路分析软件,对菲涅尔反射聚光系统进行了模拟,发现反射聚光后在光伏电池上的光强分布均匀。在不同追踪精度的情况下,接收器上接收的能量分析表明追踪精度在±3°以内时,可以将辐射能量的70%聚集到接收器上。采用主动追踪算法定位太阳位置,考虑赤经因素对追踪精度的影响,修正算法后追踪误差小于1°。太阳能电-热综合利用CPV/T系统有效解决了聚光后电池升温的问题,验证了菲涅尔反射聚光电-热综合利用的可行性。

三级反射式智能聚光塔仿真实验教学设计与改革

设计了一种新型塔式聚光器,分析了北斗定位追光算法对光能的利用率,运用模糊逻辑的PID控制算法,验证系统的鲁棒性,实现仿真实验教学研究与设计。对聚光镜场模型进行改进,得到三级反射光线分布规律。使用Tracepro软件进行光路仿真,根据计算和仿真得到的阈值,搭配两自由度舵机,建立三级反射式镜场。并通过引导学生改进实验算法和设计多级镜场来提高系统追光的准确性以及聚光的效率等。知识仿真实验设计涉及机械、光学、电路以及控制等学科知识,功能扩展性好,实用性高。知识探索光电控制系统设计的仿真实验教学改革路径。

太阳能槽式聚光反射镜自动跟踪装置

在分析太阳运行规律的基础上,提出一种太阳跟踪的新方案。描述了槽式聚光反射镜自动跟踪装置的机械结构及跟踪控制的原理、方法,给出具体应用实例。槽式聚光装置的应用前景十分广泛,可用于太阳能制冷、供暖、海水淡化等各种生产、生活领域。

聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。

紧包漫反射腔输出偏振特性与光束质量的关系

紧包漫反射聚光腔由于其泵浦均匀性、效率及输出光束质量等优点已在高功率激光系统中得到重视与应用，紧包漫反射腔由于大功率注入下存在的泵浦不均匀性带来输出光束质量受到谐振腔内偏振片的倾斜方向严重影响。本文首次通过实验对这种现象的相关因素进行研究，得出相应结论。

一种新型聚光光伏组件的光学设计

传统的聚光光伏组件(CPV)采用菲涅耳透镜聚光或者大型反射式聚光。这些组件的尺寸较大,不利于聚光光伏组件的小型化与模块化。该文主要设计制作了一种新型平板反射式聚光器,并应用到聚光光伏系统中完成相关测试,上述工作均在顺德中山大学太阳能研究院完成。该文提出了一种新型的平板反射式聚光器的设计方法。文章首先介绍聚光器的建模方法,然后进行软件模拟与分析,最后制作聚光器并组装成聚光光伏组件(CPV)进行相关测试,组件的结构设计也将详细介绍。测试结果表明通过该光学设计方法能够灵活,有效的设计适应不同应用要求的反射式聚光器。

折面形抛物柱太阳能聚光器

针对抛物柱曲面镀银玻璃太阳能聚光器聚光不均匀、加工费用高及银反射层易脱落等 3大缺陷 ,研制出了一种用“多折面”代替“曲面”、用“镀银双层玻璃”代替“镀银玻璃”的新型抛物柱折面形镀银玻璃太阳能聚光器。理论与实践结合 ,有效地克服了原太阳能聚光器的弱点 。

点、线耦合聚焦塔式太阳能线菲定日镜追踪角时空变换特性研究

介绍一种新型的点、线耦合菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统,推导该系统定日镜追踪太阳光线的理论追踪角（俯仰角βh和滚转角βm）公式,利用理论追踪角公式计算上海地区一年中4个典型日系统线菲定日镜追踪角的时空变换特性。以夏至日定日镜H3为例,详细计算其子镜与中心子镜的理论俯仰角差Δβ（h,id）和理论滚转角差Δβ（m,id）。该文的目的是通过研究菲涅尔二次反射塔式太阳能聚光系统定日镜理论追踪角的时空变换特性,确定系统定日子镜追踪太阳的实际滚转角差,并利用Soltrace软件模拟系统在夏至日实际追踪和理论追踪时的光学效率,差值最大为8.20%,最小为0.28%。

聚光式柔性球体变形太阳能光电池采光效率的研究与设计

为提升太阳能电池的利用效率，根据光电转换原理，本课题从优化太阳能电池板接收的太阳光量、角度出发，以改变电池形状为核心提出了新型光伏发电装置的设计方案。基于新型柔性太阳能电池的可变形特点，创新性地将电池设计为两个对称的半球体；根据太阳光线随时间的角度变化，借助程控电动推杆，驱动柔性半球体电池改变形状；使用凹面反射镜作为聚光装置，向电池的背光面反射有效频率的光线（紫外光）。假设太阳能电池板表面积及其他条件相同，通过对平板跟踪式、球体追光以及球体变形三个方案的对比分析和计算，得出假定平板追光的太阳光线接收效率为100％，球体追光的光线接收效率为68％，柔性变形的接收效率为75％。由于平板追光自身所需损耗的能量非常大，而柔性变形装置几乎无能量损耗，且本方案所占空间相对较小，因此，在相同占地空间情况下，本方案的整体效率要高于跟踪装置。上述设计方案和计算结果已通过光学软件的仿真验证。因此，本方案相对其他方式的太阳能装置具有效率高、能耗低的客观优势，且随着新材料量化生产和环保要求的提升，具有重要的推广前景和应用价值。

太阳双轴自动跟踪系统的设计

主要论述自动跟踪控制器的设计。该产品通过4个光电传感器自动检测太阳光的变化,通过开关电路实现双轴自动跟踪,夜晚自动返回到初始位置。控制器利用开关元器件设计,并采用分立元件电路,耗电量小、简单实用、成本低、抵御环境能力强。该产品通过运行,控制精度和功能满足设计要求。

使用菲涅耳透镜的太阳光抽运Nd:YAG激光器

太阳能是规模最大的可再生能源,为充分利用这一资源,太阳光直接抽运激光器是一种明智的选择。提出并搭建了采用两级会聚系统的太阳光抽运激光器系统。使用菲涅耳透镜作为大口径成像型第一级会聚系统,漫反射锥形聚光腔作为非成像型第二级会聚系统提高入射太阳光到工作物质的耦合效率。采用Nd:YAG晶体作为工作物质,获得了2.85 W的激光输出,从太阳光到激光的转换效率为0.43%。从菲涅耳透镜会聚效率、聚光腔内激光棒轴线上的功率分布等会聚系统方面和激光输出特性方面分析了该太阳光抽运激光器的性能;探讨了转换效率低的原因,并提出了相应的改进措施。