聚光设计与集热器总结.ppt

太阳能热发电系统热电转换效率与聚光比及吸热器温度之间的关系 两种基本的聚光形式 1. 反射式聚光 3.1.2 抛物面反射聚光 抛物面焦点上的光源（焦点）所产生的平行光束 实际太阳光线所产生的成像 太阳到达地球表面的光线并非平行光，而是张角为32′的发散光，因此不可能完全聚焦。经抛物面聚焦后所产生的图像宽度W，随着反射点P的位置不同而变化。 聚光抛物面实例 3.1.3 抛物面的离散化? 线性菲涅尔聚光系统 当为提高聚光比而扩大抛物面时，会产生如下问题： （1）抛物面的重量及转动惯量随尺度增大而急剧增大，为跟踪设计带来困难。 （2）抛物面过大难以解决风荷载问题。 （3）连续抛物面的精确机械加工不容易实现。 此外，在普通抛物面聚光器中，吸热器必须和集热面一同转动，造成无谓的动力消耗。 线性菲涅尔聚光系统（Linear Fresnel Reflector?LFR), 因由法国工程师Augstin-Jean Fresnel 发明而得名。 每一个带状镜元的倾角?和跟踪速度均不相同，需要进行具体的设计计算。 西班牙Novatec Biosol公司建造的PE-1太阳能电站的LFR镜场。该电站2009年成功试运行，是世界上第一座LFR型电站。 3.1.4 折射式聚光设计 从平凸透镜到菲涅尔透镜 通常聚光比愈大则透镜愈厚。为了减小透镜厚度，将凸面做成阶梯球面，同样能够达到很好的聚光效果。 进而，为了简化制作工艺，又将阶梯球面近似地用平面代替，从而形成了“菲涅尔透镜”。 菲涅尔透镜的设计主要是根据给定的焦距f来具体确定每一个阶梯平面的倾角α。 菲涅尔透镜的设计原理 3.2.1 聚光比的定义 （1）几何聚光比?集热器的收光孔面积Aap与吸热器的吸热面积Aabs之比。 （3）抛物面聚光器的理论聚光比 LFR集热器的聚光比计算 LFR镜场聚光比与镜元个数及塔高的关系 结构与外形 采光面等于集热面，聚光比C=1； 不跟踪太阳，固定安装； 生产成本低廉； 热损失较大，介质温度较低（＜80℃）。 工作原理 热损失与集热效率 平板集热器热损失大的主要原因?封闭腔内空气的传热作用 从平板集热向真空腔体集热转换的困难 （1） 真空封装技术 （2） 光谱选择性吸收涂层 热水保温瓶胆的启示 主要技术特点 碟式太阳能发电阵列装置?装机容量50万千瓦，使用3.4万个碟型斯特林系统，地址：美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠 碟式聚光发电系统的技术特点 （1）需要双轴跟踪系统。 （2）聚光器、吸热器和斯特林发动机一体化，整体转动。 （3）斯特林机的制造成本高，而且可靠性低，寿命短，目前商业化程度低。 （4）由于重量与可用空间限制，碟式聚光器无法与蓄热系统相结合，导致系统频繁启动、停止。 （5）美国一碟式实验系统的光电转换率达到31％，保持着太阳能发电技术的最高效世界纪录。 斯特林发动机简介 斯特林太阳能发电装置 ? 斯特林太阳能发电装置是将太阳能转化为电能的一种新型动力装置。原理是自动跟踪太阳能聚光镜将太阳光聚焦于发动机头部，加热高压氢气膨胀推动活塞做功，通过曲柄连杆机构带动发电机转化成电能输出。 ? 斯特林循环的压-容图和温-熵图 结构较简单，技术相对成熟 聚光比属于中低范围（C=10-85），相应的集热温度在400℃以下。 由于吸热管道连同集热表面转动，系统自身动力消耗较大。 考虑自重与风荷载等因素，实用中单个抛物集热面的收光孔面积一般不超过100m2。需要更大的聚光面积时要采取多个抛物槽串联的形式。 LFR聚光设计要点：镜元形状与尺度镜元布置方式太阳跟踪装置吸热器管路系统 镜场余弦损失 （a） 东西镜场与南北镜场（镜元水平布置） 东西镜场：镜元分列吸热器管线东西两侧，吸热器呈南北走向。 南北镜场：镜元分列吸热器管线南北两侧，吸热器呈东西走向。 （b）余弦损失的衡量标准?余弦系数 镜元反射的余弦损失是指相对于阳光垂直照射反射面所能得到的最大辐射能而言的减弱程度，它与光线入射角的余弦有关。 余弦系数定义为 从余弦效率的年平均值来看，在地球的低纬度地区，采取东-西两侧布置的镜场余弦效率较高。 在中高纬度地区，东西场和南北场虽然年平均效率相当，但南北场在冬季的余弦效率较高，因此更有优势。 LFR聚光集热系统采用单轴跟踪，故反射光在吸热器上会沿其轴向随着时间变化而移动。当太阳光线入射角度较大时，部分反射光将从吸热器末端移出，形成末端偏移溢出损失。偏移程度越大，末端损失程度也越大。