光伏光热系统中聚光技术的优化分析和实验研究

发布时间：2017-08-13 01:27

  本文关键词：光伏光热系统中聚光技术的优化分析和实验研究

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【摘要】：随着传统能源的过度使用和环境问题的日益加剧,太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源,受到了越来越多的关注。太阳能光伏光热综合利用技术作为一种新型、高效的太阳能利用方式,将光电利用和光热利用相结合,大大提高了太阳能的利用效率,因此得到了广泛的应用和飞速的发展。为提高光伏电池输出功率和光热系统的出口温度,聚光技术是光伏光热系统设计中一个重要部分。本文针对聚光式光伏光热系统中的复合抛物面聚光器(CPC)进行了优化分析和实验研究,主要从以下几个方面展开了研究：1)针对复合抛物面聚光器的几何尺寸进行了计算和分析,详细计算出聚光比2-6、截取比为0.1-1条件下聚光器的各个尺寸参数,并主要从聚光比、最大聚光角、高度三个方面分析了截短对聚光器性能的影响。2)针对复合抛物面聚光器的光学性能进行了模拟分析,利用三维建模软件SolidWorks和光学仿真软件LightTools对聚光器进行了物理建模和光学仿真,对几何聚光比2-6和截取比1、0.5、0.3的聚光器从聚光强度和聚光均匀性两个方面对聚光器的光学性能进行了分析。将几何聚光比为4截取比0.5和几何聚光比5截取比0.3两种尺寸参数相近的聚光器进行对比分析,通过寻找最佳均匀接收面位置和消除二次反射两种方法,确定了聚光器的最终尺寸参数。3)搭建了功率为1KW的复合抛物面聚光式光伏光热系统实验台,对实验台的聚光性能和电热性能展开了分析研究。在聚光性能实验方面,重点对比分析了聚光器出口接收面上光强分布理论值与实验值；在电热性能实验方面,重点研究了在恒定出口水温为45℃工况和三种不同流量120L/h、160L/h、200L/h工况下,系统电热功率、电热效率以及系统总效率的变化情况。
【关键词】：光伏光热 复合抛物面 光学分析 电热性能
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK513;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 我国的能源概况9-10
• 1.2 太阳能利用技术10-11
• 1.3 太阳能聚光技术11-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 复合抛物面聚光器的设计与分析17-35
• 2.1 聚光器设计理论概述17-23
• 2.1.1 聚光器的类型17-19
• 2.1.2 非成像聚光器19
• 2.1.3 聚光器的聚光倍数19-21
• 2.1.4 边缘光线原理21-22
• 2.1.5 光线追迹方法22
• 2.1.6 聚光器设计要求22-23
• 2.1.7 聚光器设计方法23
• 2.2 CPC基本结构及尺寸计算23-28
• 2.3 影响CPC性能的主要因素28-29
• 2.4 截短对其性能的影响29-34
• 2.4.1 截短对聚光比的影响29-31
• 2.4.2 截短对接收半角的影响31-32
• 2.4.3 截短对高宽比的影响32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 复合抛物面聚光器的光学性能分析35-54
• 3.1 Lighttools软件介绍和参数设置35-38
• 3.1.1 Lighttools软件介绍35
• 3.1.2 Lighttools参数设置35-38
• 3.2 复合抛物面聚光器模型及其参数38-40
• 3.3 模拟结果分析40-51
• 3.3.1 聚光强度分析41-45
• 3.3.2 聚光均匀性分析45-51
• 3.4 聚光器选型51-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 复合抛物面聚光式光伏光热系统实验研究54-77
• 4.1 实验系统搭建54-67
• 4.1.1 CPC-PV/T系统54-58
• 4.1.2 水冷系统58-61
• 4.1.3 储能系统61-62
• 4.1.4 测控系统62-67
• 4.2 实验数据处理和分析67-68
• 4.2.1 热效率计算模型67-68
• 4.2.2 光电效率计算模型68
• 4.2.3 系统总效率计算模型68
• 4.3 实验结果分析68-76
• 4.3.1 聚光性能实验68-70
• 4.3.2 电热性能实验70-76
• 4.4 本章小结76-77
• 第5章 结论和展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-83
• 致谢83

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本文编号：664700