條形平面鏡聚光器的實驗研究與性能優(yōu)化.pdf

1、條形平面鏡聚光器的實驗研究與性能優(yōu)化條形平面鏡聚光器的實驗研究與性能優(yōu)化ExperimentalStudyPerfmanceOptimizationoftheLinearFlatMirrConcentrat學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：張輝指導(dǎo)教師：王一平教授企業(yè)導(dǎo)師：金浩高級工程師天津大學(xué)化工學(xué)院二零一二年六月中文摘要中文摘要聚光光伏技術(shù)能夠有效的提高系統(tǒng)發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，近年來得到了迅速發(fā)展。聚光器作為聚光光伏系統(tǒng)中的重要組成部分

2、，提供的聚焦光斑直接影響著聚光太陽電池的工作環(huán)境。本文針對現(xiàn)有聚光器存在的問題，提出了一種低成本的條形平面鏡聚光器，并對其性能進(jìn)行了實驗研究和模擬優(yōu)化。利用TracePro和Solidwks軟件模擬特定設(shè)計參數(shù)下的條形平面鏡聚光器在典型入射角下的光學(xué)性能，對其聚光比、聚焦光斑均勻性、光斑寬度以及相鄰鏡片間的遮擋情況進(jìn)行了研究。光線入射角小于極限入射角時，相鄰鏡片間始終無遮擋，80mm寬可利用的有效焦斑寬度內(nèi)能流密度分布均勻，且穩(wěn)定在16

3、kWm2左右；光線入射角大于極限入射角時，相鄰鏡片間發(fā)生遮擋。設(shè)計并研制了與光學(xué)模擬中相同設(shè)計參數(shù)的條形平面鏡聚光器，采用間接測量的方法利用CCD（電荷耦合器件）成像原理測試并標(biāo)定了聚光器在典型入射角度下的聚焦光斑能流密度分布。能流密度的高低很大程度上取決于法向直射輻照度的高低，將能流密度值除以對應(yīng)時刻的法向直射輻照度得到聚光器的實際聚光比，陽光垂直入射時實測聚光比最大，平均值達(dá)14.63；陽光0和15入射時，模擬值與實測值相對誤差在5

4、%以下，光學(xué)模擬能夠很好的表征聚光器的聚光效果。利用推導(dǎo)出的條形平面鏡聚光器在極限入射角時鏡片間不遮擋的最小間距公式，建立數(shù)學(xué)模型，編制優(yōu)化分析程序，對各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析與優(yōu)化。計算結(jié)果表明：鏡片數(shù)目及寬度對聚光器尺寸及性能影響相對較??；極限入射角和接收器安裝高度對聚光性能影響較大，極限入射角的設(shè)定也決定了聚光系統(tǒng)的運行時間和結(jié)構(gòu)尺寸。以SunPower公司的背結(jié)聚光硅太陽電池組件作為接收器，對聚光器進(jìn)行了優(yōu)化和光學(xué)模擬。模擬結(jié)果表明