拋物面槽式太陽能系統(tǒng)的光學(xué)和熱學(xué)性能分析與優(yōu)化.pdf

1、太陽能作為一種綠色可再生能源，在解決現(xiàn)今的環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題具有重要的意義，因此在近幾十年得到了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展，投入的技術(shù)經(jīng)費(fèi)也逐漸增大。為了實(shí)現(xiàn)太陽能規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化的利用，提高太陽能集熱裝置的集熱效率，降低系統(tǒng)的熱損，減少熱電站建造和運(yùn)行的成本等成為研究的熱點(diǎn)。
　　本文提出了考慮鏡面折射誤差影響的槽式太陽能系統(tǒng)的光學(xué)模型。通過模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較驗(yàn)證了系統(tǒng)光學(xué)模型的準(zhǔn)確性?；谧畲竽昶骄鶅裟芰啃?，給出

2、了槽式系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)算法和典型系統(tǒng)參數(shù)。本文使用建立的模型比較了膜反射鏡和玻璃反射鏡下的真空管槽式系統(tǒng)性能。在建立的光學(xué)模型的基礎(chǔ)上，本文還提出了一種二維槽式太陽能系統(tǒng)管式集熱器的熱學(xué)模型，發(fā)展了快速的數(shù)值算法，并將其耦合到三維槽式系統(tǒng)的光學(xué)模型上。除此之外，熱學(xué)模型考慮了溫度對材料熱性能的影響，提高了準(zhǔn)確性，并且應(yīng)用換熱公式直接計(jì)算集熱管兩個(gè)面的輻射換熱，減小了計(jì)算量。本文應(yīng)用模型計(jì)算了兩種集熱管槽式太陽能系統(tǒng)在有無太陽輻照下的性能

3、，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其它二維傳熱模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。基于熱學(xué)模型，還分析了外界環(huán)境條件，導(dǎo)熱流體的流速以及集熱管的光學(xué)系數(shù)對真空管槽式系統(tǒng)集熱效率的影響。模型有較廣的適用范圍，可預(yù)測不同槽式光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)和不同管式集熱器設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)性能。
　　本文的主要結(jié)論如下:(1)當(dāng)忽略了折射表面誤差時(shí)，光學(xué)效率計(jì)算存在高達(dá)20％的誤差。在預(yù)測使用玻璃反射鏡槽式太陽能系統(tǒng)性能時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮反射誤差和折射誤差。(2)兩種反射鏡下的真空管槽式系統(tǒng)

4、在使用南北追蹤方式下，冬季的系統(tǒng)性能相對低一些，并且冬至日輸出的凈能量比夏至日的1/6還低。(3)在當(dāng)?shù)鼐暥葹?0°的冬至日正午，使用玻璃反射鏡的槽式太陽能系統(tǒng)的凈能量效率比使用膜反射鏡的情況低一半。(4)當(dāng)兩種反射鏡下的槽式太陽能系統(tǒng)光學(xué)性質(zhì)一樣時(shí)，在高緯度的情況下，使用膜反射鏡的系統(tǒng)比使用玻璃反射鏡更可取。(5)當(dāng)槽式太陽能系統(tǒng)的集熱器工作溫度達(dá)到250℃以上的實(shí)際工況下，本文模型預(yù)測的集熱效率的平均相對誤差，對于真空集熱管為0.9