一种复合抛物面槽式太阳能聚光集热器的性能研究

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015一种复合抛物面槽式太阳能聚光集热器的性能研究1，2344侯静，郑宏飞，常泽辉，于苗苗（1.内蒙古工业大学化工学院，内蒙古呼和浩特010051；2.内蒙古建筑职业技术学院机电与暖通工程学院，内蒙古呼和浩特010070；3.北京理工大学机械与车辆学院，北京100081；4.内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特010051）摘要：对一种新型复合抛物面槽式太阳能集热器进行了光学仿真和热性能研究。介绍了聚光器的设计与工作原理，在

2、计算机上对其进行了三维建模，利用蒙特卡洛光线追迹模拟不同入射角、不同安装误差偏角的情况下，圆柱形聚光接收体表面上能流分布特征及光学效率的变化规律。光学仿真结果表明，当镜面反射率为0.92，在太阳光线入射角为0～7.5°时，光线接收率为99.36%～51.51%，聚光效率为92.14%～48.1%。室外测试结果显示，装置热效率为43.2%。关键词：太阳能；复合抛物面聚光器；几何光学；热效率中图分类号：TK519文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-0977-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015

3、.07.0030引言内光线进行追踪计算，利用光学分析软件Light在太阳能聚光集热技术中，槽式抛物面太Tools分析不同入射角及圆柱形接收体不同安装阳能聚光器是应用最广泛，技术最成熟的装置误差偏角时，接收体表面的能流密度、光学效率变[1]~[7]之一。在精确跟踪太阳的条件下，它的运行温化规律，为太阳能中温利用提供参考。度可以达到400℃以上。这类聚光器也存在如下1工作原理缺点：①接收体位于整体装置的上部，装置维护本文设计的复合抛物面槽式太阳能聚光器如工作难度大；②装置对太阳能跟踪精度和反射面图1所示。的光学要求非常高，一旦被反射的光线没有汇聚y543

4、21到接收体上，就会成为无效反射，使太阳能集热AD系统效率降低；③聚光器只能利用直射辐射，无法收集和利用散射辐射。为了强化传统槽式抛物面太阳能聚光集热器的技术优势，克服其缺点和降低系统对跟踪装f2置的要求，本文设计了一种新型复合抛物面槽式f3f1太阳能聚光器。该设计将原来的单独抛物面聚光改为多个抛物面复合聚光，使得聚焦焦线下移接BECF近聚光器底部，便于装置维护和安装；降低聚光Ox器的跟踪精度，减少装置的运行成本；除了可以图1复合抛物面槽式聚光器的横截面及聚光原理图利用太阳直接辐射外，还可以接受部分散射辐Fig.1Concentratingprinc

5、ipleofnewCPCtroughsolar射。本文采用Monta-Carlo光线追迹法对聚光器concentrator收稿日期：2015-03-31。基金项目：国家自然科学基金资助项目（U126119）；内蒙古自然科学基金资助项目（2013MS0704；2015MS0545）；内蒙古自治区高校科研项目（NJZY12280）。作者简介：侯静（1982-），女，讲师，博士研究生，主要从事新能源利用技术及化工工艺研究。E-mail：houjing_1982@163.com通讯作者：常泽辉（1978-），男，讲师，博士，主要从事太阳能热利用技术的研究工作

6、。E-mail：changzehui@163.com·977·可再生能源2015，33（7）复合抛物面槽式太阳能聚光器是通过对两条Tools中（图3）。聚光器内部圆柱形接收体的直径完全相同的抛物线进行平移、旋转、截取后，沿对为50mm。入射光线设定为栅格汇聚光束，张角为称轴位移而得到的，它包括了复合抛物面聚光器、太阳光线张角（0.53°），模拟光束为100×100条，2二次反射平面镜和槽底抛物面聚光器。该聚光器光线辐射强度为1000W/m。光线均匀照射聚光工作原理：光线1和3是入射到抛物面DE边缘器，光线传输过程可以分解为发射、反射、吸收过上的光线，

7、经抛物面DE往焦点f1反射汇聚，在光程，光线追迹如图4所示。线1和3之间的光线将全部照射到接受体表面上，形成条状光斑；同理，入射到抛物面AB上的z光线也会被圆柱形接收体全部接收；从进光口正yzx向入射的光线4和5将被槽底抛物面聚光器CF反射汇聚到焦点f2上，被接收体吸收。所设计的聚光器能将入射光线全部汇聚到接受体表面。根据上述设计思路，通过几何计算可以得到yy新型复合抛物面槽式聚光器设计使用的曲面xzABDE方程：y=0.003x2+0.28x-41.46（1）图3LightTools中聚光器的3D模型Fig.33DmodelofnewCPCtrou

8、ghsolarconcentratorin复合抛物面槽式聚光器模型槽底抛物面CFLightTools的方程：