CPC太陽能集熱器的集熱性能及其在中低溫領(lǐng)域的應(yīng)用研究.pdf

1、面對日益增長的綠色能源的需求，迫切需要開發(fā)能夠提供中低品位熱能的高效太陽能集熱器。復(fù)合拋物面集熱器(CPC)在80～250℃區(qū)間具有很好的集熱特性，但是由于研究投入不足，缺乏成熟技術(shù)。本文針對CPC的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)研究了接收半角、集熱管布置、和優(yōu)化集熱溫度等方面的問題，研究工作主要包括下列4個(gè)方面:
　　(1) CPC設(shè)計(jì):建立了太陽能輻射計(jì)算模型，計(jì)算得出南京地區(qū)四個(gè)典型日的太陽輻射強(qiáng)度。選取了接收半角為10°，20°，30°的

2、三組圓管形CPC，吸收體采用了具有真空隔熱的集熱管，對四種真空集熱管（單管R、單管2R、雙管水平和雙曲面）布置方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　(2)集熱器光學(xué)模擬:采用基于MCRT法的TRACEPRO軟件，對CPC太陽能集熱器進(jìn)行光學(xué)建模;對不同半角、不同集熱管布置的方案進(jìn)行模擬;分析研究CPC吸收太陽能輻射強(qiáng)度、總光學(xué)效率、吸收體表面的能流密度。
　　(3)集熱效率模擬分析:建立CPC一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型、瞬時(shí)集熱效率模型。以乙二醇為集

3、熱工質(zhì)，應(yīng)用FLUENT軟件，模擬分析了不同半角、不同進(jìn)口溫度、不同質(zhì)量流量、不同環(huán)境溫度、不同風(fēng)速情況下的集熱效率。
　　(4)經(jīng)濟(jì)性分析:應(yīng)用F-圖法的熱性能分析和經(jīng)濟(jì)性分析模型，對比分析不同集熱溫度下，不同類型集熱器在全生命周期的費(fèi)用節(jié)省和資金回收年限。
　　本文研究的主要結(jié)論如下:
　　(1)增加吸收體半徑、或者采用多管吸收體可以增加CPC集熱器半角，但是聚光比和集熱溫度會相對下降。對于接收半角大于30°的CP

4、C，使用雙曲面設(shè)計(jì)方案更具有優(yōu)勢。
　　(2)集熱效率隨流體進(jìn)口質(zhì)量流量的增加，先急劇增加，隨后趨于平緩。質(zhì)量流量從0.01kg/s增加到0.20kg/s，接收半角為10°，20°，30°的CPC集熱器集熱效率分別增加4.74％，4.92％，4.94％，對應(yīng)的流體壓差從(2.23Pa，4.15Pa，65.13Pa)增加到(54.82Pa，105.72Pa，157.82Pa)。當(dāng)流體進(jìn)口溫度小于80℃時(shí)，接收半角較大的CPC的集熱效

5、率較高，在進(jìn)口溫度等于40℃時(shí)，接受半角10°，20°，30°的CPC集熱器集熱效率分別為54.54％，57.15％，58.26％，當(dāng)流體進(jìn)口溫度大于110℃時(shí)，接收半角較小的CPC的集熱效率較高，在進(jìn)口溫度為150℃，集熱效率分別為46.52％，43.02％，37.64％;室外環(huán)境溫度和風(fēng)速的變化對接收半角10°的CPC影響最小。
　　(3)不同集熱流體的對比研究，在流體進(jìn)口溫度為80～120℃，集熱工質(zhì)為乙二醇的集熱效率比導(dǎo)熱

6、油高5.67％。
　　(4)集熱區(qū)間判據(jù):通過經(jīng)濟(jì)性、光學(xué)效率、集熱效率等方面的分析發(fā)現(xiàn)，在集熱溫度小于80℃時(shí)，選用接收半角大于30°的CPC集熱器或者選擇真空管和平板型集熱器;集熱溫度在80～120℃區(qū)間內(nèi)，選用接收半角20°～30°的CPC;集熱溫度在130～150℃區(qū)間內(nèi)，選用接受半角10°～20°的CPC;集熱溫度大于150℃時(shí)，選用接收半角小于10°的CPC。
　　本文的創(chuàng)新之處在于:提出了對應(yīng)不同集熱溫度，選擇