聚光理論基礎(chǔ)

聚光理論基礎(chǔ)1第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五微型太陽能聚光系統(tǒng)應(yīng)用2第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五微型太陽能聚光器Theminidishservedasasurgicallaser

3第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五太陽能光導(dǎo)照明系統(tǒng)4第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五塔式太陽能聚光器太陽能高溫集熱器5第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五太陽能高溫集熱器槽式太陽能聚光器6第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五太陽能高溫集熱器各類碟式太陽能聚光器7第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五低聚光光伏系統(tǒng)8第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五1：為什么要采用聚光太陽輻射密度低，聚光可以增強(qiáng)輻射強(qiáng)度，實現(xiàn)高溫；太陽能接收設(shè)備很貴，利用廉價的聚光材料可以減少接收設(shè)備的面積，如太陽電池，從而降低系統(tǒng)成本。2：聚光比的定義：（1）幾何聚光比：采光面積與吸收體的面積比；（2）光學(xué)聚光比：吸收體上的輻射強(qiáng)度與采光面上的輻射強(qiáng)度的比。9第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五太陽能聚光的熱力學(xué)極限問題：太陽能聚光器的聚光比能否無限大？答案是:No理由是：接收器上的能量來自太陽，其最高溫度不可能超過6000K,因此，無法使聚光比無限大。如上圖所示：由光源、聚光器和接收器組成的光學(xué)系統(tǒng)，聚光器以反射和折射的方式把投射到采光面的太陽光集中到接收器的焦面上。理想聚光器是來自某一范圍的入射光經(jīng)反射或折射后全部到達(dá)吸收面。10第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五11第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五12第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五聚光器最高溫度極限13第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五理想聚光器的設(shè)計設(shè)計原理：（1）極端光線原理：極端光線經(jīng)過反射或折射之后，通過吸收體的極端點；（2）光線等成原理：從同一光波面(Wavefront)出發(fā)的光線,經(jīng)反射或折射之后，到達(dá)匯聚點或面所經(jīng)歷的光程相等。滿足以上兩個條件設(shè)計出來的聚光器就是理想聚光器14第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五理想聚光器的畫法15第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五不同吸收體的反射面可見：反光面的形狀取決于吸收體的形狀16第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五理想聚光器的光學(xué)和幾何特性1：反光面的形狀取決于吸收體的形狀；2：反光面在靠近采光面處的斜率為90度；3：反光面與吸收體相接觸；4:在接收角范圍內(nèi)的入射光，反射后全部到達(dá)吸收面；5：吸收面上的光強(qiáng)度分布不均勻，且分布與入射角有關(guān)。17第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五實際聚光器的設(shè)計1：根據(jù)采光要求來確定光軸；2：剪去反光面的上端（TruncatedCPCs)3：反射面與吸收體之間留空隙18第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五CPC空隙的設(shè)計空隙的設(shè)計方案可以歸納為三種：方案一：剪去靠近吸收體的部分反光面;方案二：減小吸收體的尺寸或剪去靠近反射面的吸收體;方案三：對理想CPC所對應(yīng)的受光體的形狀做設(shè)計修正。（namely,thereflectorisconstrcutedbasedonthemodifiedvertualabsorber,insteadoftheactualabsorber,toaccommodatetheactualabsober）從光學(xué)損失的角度出發(fā)，方案2和3最有效

19第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五CPC的安裝CPC通常東西向安裝ThedailysolargaincapturedbytheCPCcanbecalculatedbyintegratingEq.1overtheday,i.e.:

20第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Opticalperformanceoffixedeast-westorientedCPCsTheeffectsofsitelatitudeonmaximumCopticofCPCsusedovertheatmosphere21第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五22第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五ConclusionsTheoptimalacceptancehalf-angleofCPCsusedinChinawasinbetween25.3oand26o;Theyearlyoptimaltilt-angleapproachedthesitelatitudewithadeviationlessthan1oexceptKunming,asiteclimaticallycharacterizedbywarmandsunnywintersandrainysummers;Themaximumannualaverageopticalconcentrationratiosrangedfrom1.45to1.74.Resultsalsoindicatedthatthehigherthesitelatitude,suchasMangzhouliandHarbinofHelongjiangprovince,thelargerthemaximumCoptic;alsothehighertheannualaverageatmosphericclearnessindexKann,suchasLhasaandDingriofTibet,thelargertheCoptic.ThismeansthattheCPCsweremorefavorabletobeusedinsiteswithhigherlatitudeandabundantsolarresources.Basedonclimaticdataof78citiesinChina,anempiricalcorrelationforestimatingmaximumCopticwasobtainedasfollow:23第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Polar-axisalignedthreepostionssun-trackingCPCsTheproposedtrough-likeCPCisorientedinthepolar-axisdirection,andtheapertureisdailyadjustedeastward,southward,andwestwardinthemorning,noonandafternoon,respectively,byrotatingtheCPCtrough,toensureefficientcollectionofbeamradiationnearlyallday.

SolarcellAirchannelforpassivecoolingFig.1:SideviewofEW-CPCsbasedPVmodule24第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Designof3P-CPCs25第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Dailysolargainof3P-CPCs26第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五ResultsFig.6:Effectsofacceptancehalf-angleonannualsolargainof1P-and3P-CPCsaccordingtoextraterrestrialradiation

Fig.7:Effectsofsitelatitudeontheannualaverageopticalconcentrationratioof1P-and3P-CPCsaccordingtoextraterrestrialradiation

27第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五28第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五29第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五ResultsFig.9:Effectsofacceptancehalf-angleontheannualaverageopticalconcentrationratioof1P-CPCsbasedonmonthlyhorizontalradiation

Fig.10:ThesameasinFig.9butfor3P-CPCs

30第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五31第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Comparisonsofopticalperformancebetweenpolar-axisalignedCPCsandEW-CPCs

32第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Conclusions33第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五V-troughconcentratorsXYABFig.2:CompletesetofimagesofV-troughAirchannelforpassivecoolingSolarcellsFig.1:Sideviewofeast-westalignedV-troughsbasedPVmodules34第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五SolargainofV-trough35第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五VariationsofCbwiththeprojectionincidenceangle

VariationsofCbwithforaV-toughwithCg=2

36第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五VariationsofCdwiththeopeningangle37第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五OpticalperformanceandoptimaldesignoffixedEW-Vtroughs

38第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Fig.8:EffectsofCgonthemaximumCopticoffixedEW-Vtroughs

39第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五40第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五41第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五MonthlyaveragedailysolargainforfixedEW-Vand3T-EW-Vtroughs

MonthlyaverageopticalconcentrationfactorforfixedEW-Vand3T-EW-Vtroughs

42第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五ConclusionsResultsbynumericalcalculationsshowedthattheannualcollectibleradiationonthebaseofafixedeast-westalignedV-troughconcentratordependedonitsopeningangle,reflectivityofreflectors,tilt-angleandclimaticconditionsinthesite,andthereasonablegeometricconcentrationfactorshouldbelessthan2inordertomakeitefficientlyoperateinalldaysofayear,otherwise,severaltilt-angleadjustmentsoftheaperturewererequired.ForfixedEW-VtroughswithgivenCgandwallreflectivityusedinaspecificsite,theannualsolargainwasafunctionoftheopeningangleandtilt-angle,thus,asetoftheoptimalopeningangleandtilt-angleformaximizingannualsolarcollectioncanbefoundbyiterativecalculationsfordifferentopeninganglesandtilt-angles.

fordesignoptimizationoffixedEW-Vtroughs,takingCg=2wasadvisable,andthenasetofoptimalopeningangleandtilt-angleformaximizingtheannualenergycollectioncouldbefoundbasedonreflectivityofreflectorsandclimaticconditionsinsites.

43第四十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五ConclusionsFor3T-EW-VtroughswithgivenCgand,theannualsolargainwasafunctionofdaysfromtwoequinoxeswhenthetilt-angleadjustmentwasmade,Na,tilt-angleadjustmentvaluefromthesitelatitudeforeachoffouradjustmentsinayear,,andtheopeningangleinaspecificsite,thus,asetofoptimalNa,andformaximizingannualsolargaincanbeuniquelyobtainedbymulti-loopcrossingiterativecalculations.

ResultsandanalysisshowedthattakingNa=23daysand=24oastheirquasioptimalvalueswasreasonableoveralltheChina,therefore,theannualsolargaincapturedby3T-EW-VtroughswithgivenCgandwallreflectivityinaspecificsitewasapproximatelyafunctionoftheopeningangle,andtheoptimalopeningangleformaximizingannualsolargaincouldbesimplyestimatedbyiterativecalculationsfordifferentopeningangles.

44第四十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Conclusions6.

ComparedwithfixedEW-Vtroughs,theannualsolargaincapturedby3T-EW-Vtroughsincreasedsignificantly,especiallyforthosewithalargeCg,andthemonthlyaveragedailysolargainwasmorestableoverayear,indicatingthat3T-EW-Vtroughscouldefficientlyconcentrateradiationinalldaysofayear.7.ResultsalsoshowedthatforEW-VtroughswithCg>2,severaltilt-angleadjustmentsinayear,suchasthreetilt-anglesadjustmentmodeasdiscussedinthiswork,werenecessaryinordertomakethemefficientlyconcentrateradiationinalldaysofayear.

45第四十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五Opticalperformanceanddesignoptimizationofsouth-northorientedthreepositionssun-trackingV-troughconcentratorsforphotovoltaicapplications

Ascomparedwith1T-EW-Vtroughs,theincreaseofannualsolargainbyusing3P-SN-Vtroughs,st