發(fā)布時間：2021-08-15 09:22

　　在清潔能源問題日益突出的今天,太陽能相比于其他能源具有很大優(yōu)勢,如資源儲備巨大、綠色清潔無污染等。因此,著眼于太陽能的開發(fā)與利用已成為大勢所趨。由于傳統(tǒng)混合式聚光器結構過于復雜、發(fā)電成本較高且聚光效果并不是十分理想,對此本文以傳統(tǒng)混合式太陽能聚光器為基礎,根據(jù)非成像光學理論尋求設計方案,建立了兩套能夠同時獲得高聚光比與高聚光效率的新型點聚焦光伏聚光系統(tǒng)。主要研究工作如下:首先,根據(jù)邊緣光線理論,結合光線的折射反射定律設計了復合拋物面（CPC）型點聚焦全反射式光伏聚光器。該聚光器包含雙拋物面型聚光模塊陣列和CPC型導光板,光線通過雙拋物面結構會聚并耦合進入導光板中傳播,隨后經(jīng)CPC結構會聚在導光板側(cè)方端面以實現(xiàn)光線點聚焦。對系統(tǒng)中拋物線系數(shù),聚光模塊高度以及CPC設計參數(shù)對聚光比、聚光效率等性能進行了分析。CPC型點聚焦全反射式光伏聚光器的設計,能夠在高幾何聚光比的情況下使聚光系統(tǒng)依然保有較高的聚光效率,同時由于雙拋物面結構以及CPC結構等相對簡單易于加工,從而減少了系統(tǒng)的制造成本。為了提高設計效率,提出了扇形點聚焦全反射式光伏聚光器。相比于CPC型點聚焦全反射式光伏聚光器,該聚光器將雙... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國太陽能資源輻射量分布圖

5射孔徑的能量聚焦到聚光器出射孔徑一側(cè)的接收器，達到將光線高效集中的目的。其中單個表面反射的能量部分定向聚焦，使得目標接收器上形成的聚光能量點能夠彼此疊加。接收器可以是能量吸收裝置（例如光伏陣列），二階能量聚光變壓器或者流量均化器。Victorovic隨后發(fā)布了非成像反射透鏡聚光器的原型，后期進行優(yōu)化設計可獲得1000倍的聚光比。圖1.2點聚焦非成像反射透鏡聚光器示意圖合理的聚光器設計能夠在進行光熱利用和光伏發(fā)電時，在提高光學效率的同時提高聚焦光斑均勻性。為了達到這一目標，Schwartzman設計了一種由棱鏡陣列組成的點聚焦太陽能聚光器透鏡[28]，圖1.3顯示了一個立體多平面透鏡，上面由25個面向太陽的平面組合而成，下表面為朝向底部散熱板上的光伏電池平面。透視圖展示了25個平面上的每一個棱鏡的設計方法，來使入射的太陽光線偏轉(zhuǎn)，并均勻照亮正方形的光伏電池。多個棱鏡均勻地照亮一個共同的目標區(qū)域，在目標區(qū)域產(chǎn)生一個中心能量很高的聚焦均勻光斑，能夠有效延長光伏電池的使用壽命。圖1.3棱鏡陣列組成的聚光器透視圖利用透射和反射原理，荊雷設計了緊湊型的菲涅爾點聚焦太陽能聚光器[29]，如圖1.4所示。它由一個透射面、反射鏡面1和反射鏡面2組成，其中透射面的球形鋸齒

5射孔徑的能量聚焦到聚光器出射孔徑一側(cè)的接收器，達到將光線高效集中的目的。其中單個表面反射的能量部分定向聚焦，使得目標接收器上形成的聚光能量點能夠彼此疊加。接收器可以是能量吸收裝置（例如光伏陣列），二階能量聚光變壓器或者流量均化器。Victorovic隨后發(fā)布了非成像反射透鏡聚光器的原型，后期進行優(yōu)化設計可獲得1000倍的聚光比。圖1.2點聚焦非成像反射透鏡聚光器示意圖合理的聚光器設計能夠在進行光熱利用和光伏發(fā)電時，在提高光學效率的同時提高聚焦光斑均勻性。為了達到這一目標，Schwartzman設計了一種由棱鏡陣列組成的點聚焦太陽能聚光器透鏡[28]，圖1.3顯示了一個立體多平面透鏡，上面由25個面向太陽的平面組合而成，下表面為朝向底部散熱板上的光伏電池平面。透視圖展示了25個平面上的每一個棱鏡的設計方法，來使入射的太陽光線偏轉(zhuǎn)，并均勻照亮正方形的光伏電池。多個棱鏡均勻地照亮一個共同的目標區(qū)域，在目標區(qū)域產(chǎn)生一個中心能量很高的聚焦均勻光斑，能夠有效延長光伏電池的使用壽命。圖1.3棱鏡陣列組成的聚光器透視圖利用透射和反射原理，荊雷設計了緊湊型的菲涅爾點聚焦太陽能聚光器[29]，如圖1.4所示。它由一個透射面、反射鏡面1和反射鏡面2組成，其中透射面的球形鋸齒

【參考文獻】：
期刊論文
[1]能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求與創(chuàng)新模式分析[J]. 向治華,古庭赟,黃友金.  新型工業(yè)化. 2019(07)
[2]能源資本與生態(tài)環(huán)境的蝴蝶效應[J]. 殷雄,譚建生.  中外能源. 2019(07)
[3]一種圓柱面線聚焦菲涅爾式太陽能中溫集熱系統(tǒng)的研究[J]. 祝子夜,唐智鋒,馬雨晴,陳方全,鄭宏飛.  太陽能. 2017 (02)
[4]全球能源互聯(lián)網(wǎng)跨國跨洲互聯(lián)研究及展望[J]. 劉振亞.  中國電機工程學報. 2016(19)
[5]塔式太陽能熱發(fā)電介紹[J]. 鐘史明.  區(qū)域供熱. 2015(01)
[6]復眼原理設計的緊湊式高均勻性光伏聚光器[J]. 莊振鋒,陶驍,余飛鴻.  光電工程. 2014(07)
[7]室內(nèi)聚光測試系統(tǒng)的研究[J]. 趙會富,劉華,荊雷,王堯,許文斌,盧振武.  光學學報. 2011(06)
[8]分布式焦點法線聚焦菲涅耳聚光器設計及性能分析[J]. 李望,徐熙平,宋賀倫,茹占強,盧鑫,張國玉,張耀輝.  紅外與激光工程. 2010(04)
[9]關于復合拋物面聚光器設計參數(shù)的研究[J]. 汪飛,隋成華,葉必卿.  光學儀器. 2010(03)
[10]基于非成像原理設計的太陽能聚光鏡[J]. 朱瑞,盧振武,劉華,張紅鑫.  光子學報. 2009(09)

博士論文
[1]復合拋物面聚光器的性能分析和應用研究[D]. 黃媛.中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所) 2019
[2]導光板型太陽能聚光器的設計方法研究[D]. 尹鵬.長春理工大學 2018
[3]多功能太陽能光伏光熱集熱器的理論和實驗研究[D]. 郭超.中國科學技術大學 2015
[4]中國能源消費增長的問題及對策研究[D]. 聶洪光.吉林大學 2013
[5]線性菲涅耳反射太陽能聚光器的理論分析與實驗研究[D]. 張謙.中國科學技術大學 2013
[6]新型Fresnel光伏聚光鏡的設計研究[D]. 荊雷.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2012

碩士論文
[1]新型菲涅爾聚光器結構優(yōu)化設計[D]. 李霜.電子科技大學 2018
[2]一種太陽能線形聚光器的設計與分析[D]. 王海蓮.武漢工程大學 2014
[3]太陽能集熱器熱性能研究[D]. 劉建波.蘭州理工大學 2014
[4]塔式太陽能熱發(fā)電鏡場的優(yōu)化與仿真研究[D]. 丁婷婷.南京師范大學 2013
[5]塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)集成及性能優(yōu)化[D]. 宿建峰.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2008
[6]塔式太陽能熱發(fā)電站鏡場和CPC及屋頂CPV設計研究[D]. 郭蘇.河海大學 2006



本文編號：3344277