透射式太阳能cpvt系统的设计及性能研究

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1、透射式太阳能CPV/T系统的设计及性能研究冯朝卿2015年6月中图分类号：UDC分类号：透射式太阳能CPV/T系统的设计及性能研究作者姓名冯朝卿学院名称机械与车辆学院指导教师郑宏飞教授答辩委员会主席王志峰研究员申请学位工学博士学科专业动力机械及工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月DesignandPerformanceResearchofthetransmissivesolarCPV/TsystemCandidateName：ChaoqingFengSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMent

2、or:Prof.HongfeiZhengChair,ThesisCommittee：Prof.ZhifengWangDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：PowerMachineryandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学

3、或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要化石能源紧缺日益成为制约人类社会发展的瓶颈，改变能源结构势在必行。而太阳能是公认的清洁、环保、可持续发展的新能源，因此太阳能的利用已得到了极大关注。本文在总结了现有太阳能透射式CPV/T系统研究成果的基础上，设计并提出了两种透射式太阳能CPV/T系统：实体CPC聚光光伏/热/采光系统和转轮菲涅尔聚光光伏/热系统，对其性能进行了深入的研究。通过聚光器光路分析提出了实体CPC聚光光伏/热/采光系统中抛物线方程

4、的推导方法以及临界入射角的确定方法，利用光学仿真研究了光线入射角以及入射点的不同位置对实体CPC聚光性能的影响，利用试验测试了实体CPC在实际天气下的透过率，结果表明：仿真中在正午太阳光入射角为0°时，直射光的透过率为0；在入射角大于60°时，透过率接近100%。在试验测试当天，正午透过率最低值为32%，最大透过率为60%左右。实体CPC盖板透过率的试验结果与光学仿真结果有较好的一致性。对实体CPC聚光光伏/热/采光系统进行了热特性仿真研究和热特性稳态试验研究，并在稳态试验的基础上，对实际天气条件下透射式CPC聚光PV/T/D系统进行性能测试，测试结果表明：在透过率较低的时段（10:

5、00-14:00），电池发电效率和空气得热功率都较高，中午时刻最大发电效率约为7%，最大生热功率约为55W。采用光线追踪的方法对外表面为圆形截面、椭圆形截面和抛物线形截面的三种类型的菲涅尔透射聚光器进行分析。分别确定了不同类型菲涅尔透镜设计时的最大厚度l和最小厚度d。利用光学仿真对比三种不同聚光器的聚光性能，分析其在聚光效率、跟踪误差敏感性以及入射光轴向倾斜对接收效率影响等方面的优劣，综合考虑多种因素确定采用圆形的菲涅尔聚光器。以砷化镓高聚光电池做为接收器，在实际的典型天气下对透射式菲涅尔聚光PV/T系统进行试验研究，测试了接收装置的温度分布、系统电能和热能的输出特性，以及热电综合利

6、用率。结果表明：透射式菲涅尔聚光PV/T系统中午时段的发电效率最大可达18%，冷却水得热功率最大值约为150W，对比装置总接收太阳辐照功率和冷却水得热功率可知中午时段得热率在最大可达50%。关键词：太阳能；透射；菲涅尔镜；聚光；光伏/热；采光；I北京理工大学博士学位论文AbstractTheshortageoffossilenergywillbecometoachokepointofsocialdevelopment,sotheenergystructuremustbechangedinthefuture.Solarenergyhasbeenrecongnizedasaclean,e

7、nvironmentalprotectionandsustainableenergy,huamanhaspaidmoreattentiontothesolarenergy.Inthisthesis,basedontheexsistingresearchachievementaboutsolarCPV/Tsystem,twokindsoftransmissivesolarCPV/Tsystemhavebeendesigned:solidCPCPV/T/Dsy