高溫太陽能熱利用技術(shù)在國內(nèi)尚處于起步階段,時(shí)間、氣象、地域條件及實(shí)驗(yàn)環(huán)境等條件對(duì)高溫太陽能熱利用的研究影響較大,為此,本文提出了滿足高溫太陽能熱利用研究的高輻照度太陽能模擬器的設(shè)計(jì)及建造方案。高輻照度太陽能模擬器滿足大面積太陽光匯聚所具有的太陽光輻照特性,并能根據(jù)實(shí)際研究需求調(diào)節(jié)焦平面大小及焦平面輻照強(qiáng)度。高輻照度太陽能模擬器是聚光型太陽能模擬器,聚光系統(tǒng)是該太陽能模擬器的核心組成部分,本文詳細(xì)描述了聚光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,建立了聚光鏡及聚光系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用蒙特卡洛光線追跡法對(duì)聚光鏡及聚光系統(tǒng)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬和尺寸優(yōu)化。同時(shí),本文還設(shè)計(jì)了配套的機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)焦平面及輻照度的調(diào)節(jié)功能,保證聚光系統(tǒng)的安全運(yùn)行。太陽能模擬器建成后,通過實(shí)驗(yàn)方式測(cè)得焦平面溫度可超過2000K,實(shí)現(xiàn)了模擬器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該高輻照度太陽能模擬器總功率70kW,在直徑為60mm的焦平面上可匯聚20.6kW的輻射能量,輻照度峰值高達(dá)15MW/m2,平均值為7.3MW/m2,是目前國內(nèi)輻照度最高的聚光型太陽能模擬器。 

【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：50 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

過去100多年能源消費(fèi)變化

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院D.Hirsch等用200kW高壓氧弧燈作為光源，采用2D-CPC及其漸開線的橢圓槽式反射器的聚光系統(tǒng)，如圖1-3,1-4所示，高壓氬弧燈置于橢圓橫截面的槽式聚光鏡水平軸上，模擬器的焦平面垂直于橢圓的主軸，包含第二個(gè)線性焦點(diǎn)。為了保證反射光線的角度在45度范圍內(nèi)，聚光鏡在距焦平面上9.2cm以下被截?cái)�。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)目標(biāo)沿主軸的距離或燈的電功率，來調(diào)節(jié)能量，能流密度以及溫度。模擬器福射功率75kW，福照度峰值超過4250 kW/m2，溫度將近3000K。[21]L—S4圖1-3配有2D-CPC及其漸開線的 圖1-4太陽模擬器實(shí)物圖橢圓槽式反射器的聚光系統(tǒng)3

用離軸光學(xué)系統(tǒng)代替了同軸光學(xué)系統(tǒng)，之后，歐空局、日本、俄羅斯、印度等國先后建立了太陽能模擬器并對(duì)氣燈點(diǎn)燃技術(shù)、積分器形狀和準(zhǔn)直鏡加工技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。其中，歐空局建立的ESTEC模擬器均勻福照為巾6000mmX5 000mm，福照面不均勻度為±4%、體不均勻度為±6%，光譜為未經(jīng)過濾光的氤燈光譜，福照度為1625W/m2，它代表了大型空間太陽模擬器的先進(jìn)水平。[16-20]太陽能模擬器除用于航天領(lǐng)域外，集聚式太陽能模擬器也用于高溫材料的測(cè)試，為模擬太陽能熱發(fā)電吸熱器環(huán)境提供條件，并為太陽能熱化學(xué)研究提供反應(yīng)所需的光照及溫度環(huán)境。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院D.Hirsch等用200kW高壓氧弧燈作為光源，采用2D-CPC及其漸開線的橢圓槽式反射器的聚光系統(tǒng)，如圖1-3,1-4所示，高壓氬弧燈置于橢圓橫截面的槽式聚光鏡水平軸上，模擬器的焦平面垂直于橢圓的主軸，包含第二個(gè)線性焦點(diǎn)。為了保證反射光線的角度在45度范圍內(nèi)，聚光鏡在距焦平面上9.2cm以下被截?cái)�。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)目標(biāo)沿主軸的距離或燈的電功率，來調(diào)節(jié)能量，能流密度以及溫度。模擬器福射功率75kW，福照度峰值超過4250 kW/m2，溫度將近3000K。[21]


本文編號(hào)：3209339