條形平面鏡聚光器的實(shí)驗(yàn)研究與性能優(yōu)化.pdf

1、條形平面鏡聚光器的實(shí)驗(yàn)研究與性能優(yōu)化條形平面鏡聚光器的實(shí)驗(yàn)研究與性能優(yōu)化ExperimentalStudyPerfmanceOptimizationoftheLinearFlatMirrConcentrat學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程研究生：張輝指導(dǎo)教師：王一平教授企業(yè)導(dǎo)師：金浩高級(jí)工程師天津大學(xué)化工學(xué)院二零一二年六月中文摘要中文摘要聚光光伏技術(shù)能夠有效的提高系統(tǒng)發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。聚光器作為聚光光伏系統(tǒng)中的重要組成部分

2、，提供的聚焦光斑直接影響著聚光太陽(yáng)電池的工作環(huán)境。本文針對(duì)現(xiàn)有聚光器存在的問(wèn)題，提出了一種低成本的條形平面鏡聚光器，并對(duì)其性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和模擬優(yōu)化。利用TracePro和Solidwks軟件模擬特定設(shè)計(jì)參數(shù)下的條形平面鏡聚光器在典型入射角下的光學(xué)性能，對(duì)其聚光比、聚焦光斑均勻性、光斑寬度以及相鄰鏡片間的遮擋情況進(jìn)行了研究。光線入射角小于極限入射角時(shí)，相鄰鏡片間始終無(wú)遮擋，80mm寬可利用的有效焦斑寬度內(nèi)能流密度分布均勻，且穩(wěn)定在16

3、kWm2左右；光線入射角大于極限入射角時(shí)，相鄰鏡片間發(fā)生遮擋。設(shè)計(jì)并研制了與光學(xué)模擬中相同設(shè)計(jì)參數(shù)的條形平面鏡聚光器，采用間接測(cè)量的方法利用CCD（電荷耦合器件）成像原理測(cè)試并標(biāo)定了聚光器在典型入射角度下的聚焦光斑能流密度分布。能流密度的高低很大程度上取決于法向直射輻照度的高低，將能流密度值除以對(duì)應(yīng)時(shí)刻的法向直射輻照度得到聚光器的實(shí)際聚光比，陽(yáng)光垂直入射時(shí)實(shí)測(cè)聚光比最大，平均值達(dá)14.63；陽(yáng)光0和15入射時(shí)，模擬值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差在5

4、%以下，光學(xué)模擬能夠很好的表征聚光器的聚光效果。利用推導(dǎo)出的條形平面鏡聚光器在極限入射角時(shí)鏡片間不遮擋的最小間距公式，建立數(shù)學(xué)模型，編制優(yōu)化分析程序，對(duì)各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析與優(yōu)化。計(jì)算結(jié)果表明：鏡片數(shù)目及寬度對(duì)聚光器尺寸及性能影響相對(duì)較??；極限入射角和接收器安裝高度對(duì)聚光性能影響較大，極限入射角的設(shè)定也決定了聚光系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和結(jié)構(gòu)尺寸。以SunPower公司的背結(jié)聚光硅太陽(yáng)電池組件作為接收器，對(duì)聚光器進(jìn)行了優(yōu)化和光學(xué)模擬。模擬結(jié)果表明