基于cpc的复合平面聚光器的设计及其性能研究

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1、分类号密级UDC编号硕士研究生学位论文论文题目：基于CPC的复合平面聚光器的设计及其性能研究学院能源与环境科学学院专业名称农业生物环境与能源工程研究生姓名唐凤学号12082803012导师姓名唐润生职称教授2015年5月20日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的

2、规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权云南师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：指导教师签名：摘要摘要随着化石能源的日益枯竭，太阳能的利用备受瞩目，尤其是光伏发电技术。但由于光伏发电成本远高于常规发电成本，其推广应用受到极大的制约。聚光光伏系统被认为是降低光伏发电成本的有效途程之一，其中，复合抛物面聚光器（CompoundParabolicConcentrator，CPC）因结构简单、不需要跟踪而受到极大的关注。但考虑到CPC吸收体上

3、光照的不均匀性，抛物面的加工难度较大，本研究提出了将CPC反射面改成多个平面，形成复合平面聚光器的设想，探索作为CPC替代聚光器的复合平面聚光器的优化设计及所能达到的光学性能。本文首先依据等接收半角的设计原则，从理论上找出复合平面聚光器（CPC-A）各平面镜的共同接收半角与平面数量和CPC结构参数的关系，然后，利用光线模拟分析不同的平面镜数量（N）所构成的CPC-A的光学效率与投影入射角的关系，结合太阳几何学与水平面月总辐射，对比分析了CPC-A和CPC光学性能。研究表明：随着复合平面聚光器反射面平面数量N的增加，其光学效率越接近于CPC。在两倾角调节运行模式下，N=5时的CPC-A的年采光量

4、可达到CPC的99%以上；N=2时CPC-A的年采光量达到CPC的95%以上。光线模拟分析还表明：CPC-A上的光照均匀性远好于CPC，因此，非常有利于对太阳电池聚光。接着依据年采光量最大化的设计原则，理论分析不同的两平面CPC-A的年采光量，研究结果显示，当下平面的垂直高度与聚光器的高度比值为0.3~0.4时，其年采光量最大，这一优化设计结果与依据等接收半角设计原则所设计的两平面CPC-A的年采光量基本相同，可见，基于等接收半角设计原则设计的CPC-A可以视为CPC-A的优化设计方案。为对比研究基于CPC-A和CPC聚光光伏系统的光伏性能，设计制作了两个几何聚光比相同（Ct=2.4）的CPC

5、-A和CPC聚光光伏系统。CPC的接收半角为20o，CPC-A为两平面CPC-A。实验研究结果表明：在CPC-A的接收半角范围内，两者的光伏输出几乎相同，但当入射投影角大于接收半角后，CPC-A的光伏输出明显小于CPC的光伏输出。可见，为了使CPC-A的光学和光电性能与CPC接近，有必要采取合理的倾角调整模式，使太阳光保持在CPC-A的接收角内。I摘要关键词：CPC聚光器；复合平面光器；光学效率；聚光光伏；对比试验研究IIAbstractAbstractWiththegradualdepletionoffossilenergyinourplanet,theapplicationofsolare

6、nergygainsmoreattention,especiallytheelectricitygenerationfromsolarcells.Howevertheuseofsolarcellsislimitedduetothehighcostofelectricitygeneratedfromphotovoltaicsystems.Theuseofcheapopticalconcentratorsinplaceofexpensiveofsolarcellsisregardedasoneofeffectivewaytolowerthecostofelectricityfromaphotovo

7、ltaic(PV)system.Compoundparabolicconcentrators,sharingtheadvantagesofsimplestructureandnoneedofsophisticatedsun-trackingdevice,arewidelytestedandusedforconcentratingradiationonsolarcells.Consideringth