点聚焦透射式菲涅尔聚光器的光热性能

发布时间：2025-01-09 04:52

　　 针对非均匀辐射造成的热均匀性不高的问题,本文基于Tracepro光学软件,采用Monte Carlo光线追迹法,设计点聚焦透射式菲涅尔聚光器,并建立聚光性能模型,研究F数、相对位置和跟踪误差3种不同设计参数对光学性能的影响规律。通过仿真模拟得到:①F数、跟踪误差对光学效率和几何聚光比影响较大,对热均匀性影响较小;②光斑能量均匀度随相对位置呈V形规律变化,聚光器在焦距位置并不一定是最好的,适当缩小间距不仅可以提高热均匀性还可以节省空间和造价;③本文设计的点聚焦透射式菲涅尔集热器光学效率82.69%,光斑能量均匀度22.06%,几何聚光比226,平均热流密度64924W/m²,聚光性能和热均匀性综合性能良好,在聚光光伏和光热利用领域有一定的适用性和应用前景。

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【部分图文】：

图1 菲涅尔聚光器主要几何参数

图1为菲涅尔聚光器几何参数关系，可进一步推导得到公式，见式(6)。式中，F、F?分别为物点、像点；o为物距；f为像距（焦距）；b为环距；A点为入射点；B点为经折射后的出射点；rA为A点到透镜中心的距离；rB为B点到透镜中心的距离；hB为B到镜面的距离；θi为楞高。

图2 楞高及倾斜角变化曲线

根据以上推导，经过设计和计算得到本文菲涅尔聚光器的楞高和小斜面倾角。如图2可知，楞高随齿环中心半径的增大而逐渐增大，本文设计的菲涅尔透镜楞高不超过0.5mm，倾斜角不超过45.0°。在相同的设计工序和操作工艺下，楞高低于普通菲涅尔透镜，可节省材料和相关费用。2菲涅尔聚光器聚光性....

图3 聚光性能光学模型

如图3所示，聚光性能模型包括三部分：光源、聚光器和接受面。由于聚光性能主要是对菲涅尔聚光器的研究，故将吸热器简化为平板接收面。光源采用格点光源，其优点是方便规定自由光线的空间位置和入射角度[17]，太阳光光强785W/m2，共1000根光线垂直入射。菲涅尔聚光器初步设计参数：边长....

图5 不同跟踪误差下的光斑能量分布

本次对比的数据来自上海交通大学代彦军研究团队[18]，他们搭建了类似的点聚焦菲涅尔透镜太阳能集热器试验台。其中，菲涅尔聚光器为普通菲涅尔透镜，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材质，聚光器尺寸1000mm×1000mm×3mm,F数1.5，环距0.5mm，在聚光器与接受面相对位置150....

本文编号：4025179