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1、第八章 聚光型集热器,1,高级教育,一、 基本原理,聚光型集热器：利用反射镜、透镜或其他光学器件将进入采光口的太阳辐射改变方向并会聚到吸热体上的太阳集热器。,利用太阳光线的反射将较大面积的太阳辐射聚集到较小面积的吸热层上，以提高对太阳能的吸收。,2,高级教育,主要有聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。,关键部件是聚光镜，作用是在吸热层上形成太阳像。,太阳相对于地面观测点有一个32的角度，即太阳张角，因此对太阳的聚光会形成一个太阳像，而非一个点。,3,高级教育,只能对直接 辐射产生聚光的效果，不能对散射辐射聚焦。,对小聚光比的系统，即使不需要跟踪系统，复杂的聚光系统。,要有跟踪太阳的装置。,如
2、为了保持光学系统的精确度，需要考虑系统长期性的防尘、抗氧化和大气腐蚀等。,4,高级教育,二、聚光集热器的类型,按照对入射太阳光的聚集方式,反射式,折射式,抛物线线性聚光器,菲涅耳透镜聚光器,5,高级教育,反射聚光,凹面镜(直射式),平面镜(定日镜),旋转抛物面镜(碟形 焦点 ),抛物面筒形镜(槽形 焦线 ),圆筒镜(槽形 近似焦线 ),一次反射(塔形 焦点),二次反射(凹面镜 焦点),有许多平面反射镜或曲面反射镜组成，将阳光都反射至同一吸收器上。,6,高级教育,通过一个由抛物线旋转而成的盘形反射器来聚焦太阳辐射的点聚焦集热器。,7,高级教育,德国Flagsol公司开发的槽式太阳能集热器,通过一
3、个具有抛物线横截面的槽形反射器来聚焦太阳辐射的线聚焦集热器。,8,高级教育,9,高级教育,透镜聚光,凸透镜,菲涅耳透镜,圆形透镜(焦点),矩形透镜(焦线),利用菲涅耳透镜将太阳辐射聚焦到接收器上的聚光型集热器。,10,高级教育,菲涅耳透镜,11,高级教育,12,高级教育,按聚光是否成像,成像集热器,非成像集热器,使太阳辐射聚焦，即在接收器上形成焦点或焦线的聚光型集热器。,使太阳辐射会聚到一个较小的接收器上而不使太阳辐射聚焦，即在接收器上不形成焦点或焦线的聚光型集热器。,13,高级教育,按聚焦的形式,线聚焦集热器,点聚焦集热器,使太阳辐射会聚到一个平面上并形成一条焦线的聚光集热器。,使太阳辐射基
4、本上会聚到一个焦点的聚光型集热器。,14,高级教育,复合抛物面集热器，又称CPC集热器，是利用若干块抛物面镜组成的反射器来会聚太阳辐射变得非成像集热器。,多反射平面集热器，是利用许多平面反射镜片将太阳辐射会聚到一个小面积上或细长带上的聚光型集热器。,15,高级教育,条形面聚光集热器，又称FMSC聚光集热器，利用若干条固定的平面反射镜组成的反射器，将太阳辐射聚集到跟踪太阳的接收器上的一种非成像集热器。,球形面聚光集热器，又称SRTA集热器，通过一个由半圆旋转而成的球形反射器，将太阳辐射聚集到跟踪太阳的接收器上的一种非成像集热器。,锥形面聚光集热器，通过一个由抛物线旋转而成的盘形反射器，将太阳辐射
5、聚集到跟踪太阳的接收器上的一种非成像集热器。,16,高级教育,几种聚光集热器的结构示意图(a)锥形面集热器；(b)复合抛物面集热器；(c)球形面集热器；(d)条形面集热器；(e)菲涅耳反射镜集热器；(f)菲涅耳透镜集热器；(g)抛物柱面集热器；(h)塔式集热器,17,高级教育,跟踪方式,连续跟踪型,间歇跟踪型,定时跟踪,太阳检测跟踪,又可分为单轴和双轴跟踪。,18,高级教育,单轴太阳能跟踪系统,19,高级教育,两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器。,光导纤维聚光器：,荧光聚光器：,由光导纤维透镜和与之相连的光导纤维组成，阳光通过光线透镜聚焦后由光纤传至使用处。,一种添加荧光色素的透明板(一
6、般为有机玻璃)，可吸收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分，然后以比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的荧光由于板和周围介质的差异，而在板内以全反射的方式导向平板的边缘面，其聚光比取决于平板面积和边缘面积，10100。,20,高级教育,三 聚光集热器的重要参数,聚光比：,表征聚光镜的重要参数。,(2)几何聚光比或面积聚光比,(1)通量聚光比或能流密度聚光比,吸收器表面积上的平均能流密度和入射到集热器上的能流密度之比。,21,高级教育,分别为聚光器开口面积和吸热层吸热面积(或吸热器的表面积)。,聚光率的关系图,22,高级教育,二维聚光示意图,23,高级教育,三维聚光示意图,24,高级教育,槽
7、式抛物聚光反射镜面装置,聚光反射比在880之间，可采用单轴机构跟踪太阳能光线，工作温度在260400，最大卡诺循环效率为56%。,带中央接收器的塔式镜面反射装置,聚光反射比在6001000之间，采用双轴跟踪太阳反射光线，500800，73%。,球柱面状的碟式聚光反射装置,聚光反射比在8008000之间，采用双轴跟踪太阳反射光线，5001200，80%。,25,高级教育,复合抛物线聚光器,26,高级教育,四 聚光集热器的性能,集热器的效率和有用热能表征。,集热器效率的定义：,(1) 基于集热器开口入射太阳辐射的效率,是传热介质带出的有效热量( ),27,高级教育,规定：,对于固定聚光集热器，则采
8、用全辐射，但如果这类聚光集热器可以调整倾斜度，则采用直接辐射。,需要标出测量的效率是基于全辐射还是直接辐射。,对于跟踪太阳聚光型集热器，应采用直接辐射；,28,高级教育,(2) 基于吸热面上的入射太阳辐射的效率，即 聚光集热器光学效率：,其和基于集热器开口入射太阳辐射的效率 的关系是：,29,高级教育,结合集热器热损失因素U，,集热器效率可写为：,30,高级教育,五 聚光集热器的材料,反射面的反射率； 盖板材料的透过率； 吸热层的吸收率和反射率；,作为聚光器的材料，主要考虑选择一下几点：,31,高级教育,作为反射面的材料，由于表面的粗糙和起伏，没有一种材料能做到镜面的全反射。,铝，总反射率在85%90%左右。,银，总反射率在90%左右。,需要对标准太阳光入射波长积分才能得到一个统一的反射率。,32,高级教育,作为盖板材料，和平板型集热器类似，需要含铁低、透明的材料。,玻璃,聚丙烯酸酯是制备菲涅耳棱镜的恰当材料。,作为聚光集热器的吸热层，铬黑吸收率约0.95，反射率不大于0.1，作为选择性涂层，是较好的选择。,33,高级教育,六 聚光集热器的特点,可以将阳光聚集在比价小的吸热面上，散热 损失小，吸热效率高； 可以达到较高的温度； 利用廉价的反射器代替较贵的吸收器，可以 降低造价约1/3； 因吸热管细小，时间常数减小，响应速度 快； 利用率比较高。 使用的防冻剂少。,34,高级教育,