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.

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.

室内聚光测试系统的研究

为弥补因太阳模拟器光线发散角大、测试口径小不适用于光伏聚光系统测试的缺陷,设计了大口径、高平行度的室内聚光测试系统。另外还提出了一种新的聚光测试方法:分立光谱局部测量法。首先选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象,利用单色光局部测量法测试该聚光系统的聚光效率,然后利用各种单色光的权重与聚光效率计算聚光系统的平均聚光效率,最后将实验结果与模拟结果进行对比分析。二阶菲涅耳聚光系统模拟聚光效率为88.623%,聚光测试系统测得聚光效率为85.45%,二者的聚光效率相差3.173%,透射比和光斑照度的均匀性均比较接近。聚光效率的差异主要来源于聚光系统的加工制作误差和测量误差。通过实验数据分析,验证了室内聚光测试系统的科学性与可行性。室内聚光测试系统光线发散角为0.267°,与太阳光发散角相匹配,出光口径为145 mm,可实现大口径聚光系统的性能测试。该系统结构简单、成本低,在太阳能聚光领域内有广阔的应用前景。