-第八章-聚光型集熱器課件(PPT 34頁)

1、第八章 聚光型集熱器.第1頁，共34頁。一、 基本原理聚光型集熱器：利用反射鏡、透鏡或其他光學(xué)器件將進(jìn)入采光口的太陽輻射改變方向并會(huì)聚到吸熱體上的太陽集熱器。利用太陽光線的反射將較大面積的太陽輻射聚集到較小面積的吸熱層上，以提高對(duì)太陽能的吸收。.第2頁，共34頁。主要有聚光器、吸收器和跟蹤系統(tǒng)三大部分組成。關(guān)鍵部件是聚光鏡，作用是在吸熱層上形成太陽像。太陽相對(duì)于地面觀測(cè)點(diǎn)有一個(gè)32的角度，即太陽張角，因此對(duì)太陽的聚光會(huì)形成一個(gè)太陽像，而非一個(gè)點(diǎn)。.第3頁，共34頁。只能對(duì)直接 輻射產(chǎn)生聚光的效果，不能對(duì)散射輻射聚焦。對(duì)小聚光比的系統(tǒng)，即使不需要跟蹤系統(tǒng)，復(fù)雜的聚光系統(tǒng)。要有跟蹤太陽的裝置。如為

2、了保持光學(xué)系統(tǒng)的精確度，需要考慮系統(tǒng)長期性的防塵、抗氧化和大氣腐蝕等。.第4頁，共34頁。通過一系列反射鏡片將太陽光輻射匯聚到熱吸收面二、聚光集熱器的類型按照對(duì)入射太陽光的聚集方式反射式折射式將入射太陽光通過透鏡匯聚到吸收面拋物線線性聚光器菲涅耳透鏡聚光器.第5頁，共34頁。反射聚光凹面鏡(直射式)平面鏡(定日鏡)旋轉(zhuǎn)拋物面鏡(碟形 焦點(diǎn) )拋物面筒形鏡(槽形 焦線 )圓筒鏡(槽形 近似焦線 )一次反射(塔形 焦點(diǎn))二次反射(凹面鏡 焦點(diǎn))有許多平面反射鏡或曲面反射鏡組成，將陽光都反射至同一吸收器上。.第6頁，共34頁。通過一個(gè)由拋物線旋轉(zhuǎn)而成的盤形反射器來聚焦太陽輻射的點(diǎn)聚焦集熱器。.第7頁

3、，共34頁。德國Flagsol公司開發(fā)的槽式太陽能集熱器通過一個(gè)具有拋物線橫截面的槽形反射器來聚焦太陽輻射的線聚焦集熱器。.第8頁，共34頁。.第9頁，共34頁。透鏡聚光凸透鏡菲涅耳透鏡圓形透鏡(焦點(diǎn))矩形透鏡(焦線)利用菲涅耳透鏡將太陽輻射聚焦到接收器上的聚光型集熱器。.第10頁，共34頁。菲涅耳透鏡.第11頁，共34頁。.第12頁，共34頁。按聚光是否成像成像集熱器非成像集熱器使太陽輻射聚焦，即在接收器上形成焦點(diǎn)或焦線的聚光型集熱器。使太陽輻射會(huì)聚到一個(gè)較小的接收器上而不使太陽輻射聚焦，即在接收器上不形成焦點(diǎn)或焦線的聚光型集熱器。.第13頁，共34頁。按聚焦的形式線聚焦集熱器點(diǎn)聚焦集熱器使

4、太陽輻射會(huì)聚到一個(gè)平面上并形成一條焦線的聚光集熱器。使太陽輻射基本上會(huì)聚到一個(gè)焦點(diǎn)的聚光型集熱器。.第14頁，共34頁。復(fù)合拋物面集熱器，又稱CPC集熱器，是利用若干塊拋物面鏡組成的反射器來會(huì)聚太陽輻射變得非成像集熱器。多反射平面集熱器，是利用許多平面反射鏡片將太陽輻射會(huì)聚到一個(gè)小面積上或細(xì)長帶上的聚光型集熱器。.第15頁，共34頁。條形面聚光集熱器，又稱FMSC聚光集熱器，利用若干條固定的平面反射鏡組成的反射器，將太陽輻射聚集到跟蹤太陽的接收器上的一種非成像集熱器。球形面聚光集熱器，又稱SRTA集熱器，通過一個(gè)由半圓旋轉(zhuǎn)而成的球形反射器，將太陽輻射聚集到跟蹤太陽的接收器上的一種非成像集熱器。

5、錐形面聚光集熱器，通過一個(gè)由拋物線旋轉(zhuǎn)而成的盤形反射器，將太陽輻射聚集到跟蹤太陽的接收器上的一種非成像集熱器。.第16頁，共34頁。幾種聚光集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖(a)錐形面集熱器；(b)復(fù)合拋物面集熱器；(c)球形面集熱器；(d)條形面集熱器；(e)菲涅耳反射鏡集熱器；(f)菲涅耳透鏡集熱器；(g)拋物柱面集熱器；(h)塔式集熱器.第17頁，共34頁。跟蹤方式連續(xù)跟蹤型間歇跟蹤型定時(shí)跟蹤太陽檢測(cè)跟蹤又可分為單軸和雙軸跟蹤。.第18頁，共34頁。單軸太陽能跟蹤系統(tǒng).第19頁，共34頁。兩種利用全反射原理設(shè)計(jì)的新型太陽能聚光器。光導(dǎo)纖維聚光器：熒光聚光器：由光導(dǎo)纖維透鏡和與之相連的光導(dǎo)纖維組成，陽光

6、通過光線透鏡聚焦后由光纖傳至使用處。一種添加熒光色素的透明板(一般為有機(jī)玻璃)，可吸收太陽光中與熒光吸收帶波長一致的部分，然后以比吸收帶波長更長的發(fā)射帶波長放出熒光。放出的熒光由于板和周圍介質(zhì)的差異，而在板內(nèi)以全反射的方式導(dǎo)向平板的邊緣面，其聚光比取決于平板面積和邊緣面積，10100。.第20頁，共34頁。三 聚光集熱器的重要參數(shù)聚光比：表征聚光鏡的重要參數(shù)。(2)幾何聚光比或面積聚光比(1)通量聚光比或能流密度聚光比吸收器表面積上的平均能流密度和入射到集熱器上的能流密度之比。.第21頁，共34頁。分別為聚光器開口面積和吸熱層吸熱面積(或吸熱器的表面積)。聚光率的關(guān)系圖.第22頁，共34頁。二

7、維聚光示意圖.第23頁，共34頁。三維聚光示意圖.第24頁，共34頁。槽式拋物聚光反射鏡面裝置聚光反射比在880之間，可采用單軸機(jī)構(gòu)跟蹤太陽能光線，工作溫度在260400，最大卡諾循環(huán)效率為56%。帶中央接收器的塔式鏡面反射裝置聚光反射比在6001000之間，采用雙軸跟蹤太陽反射光線，500800，73%。球柱面狀的碟式聚光反射裝置聚光反射比在8008000之間，采用雙軸跟蹤太陽反射光線，5001200，80%。.第25頁，共34頁。復(fù)合拋物線聚光器.第26頁，共34頁。四 聚光集熱器的性能集熱器的效率和有用熱能表征。集熱器效率的定義：(1) 基于集熱器開口入射太陽輻射的效率是傳熱介質(zhì)帶出的有

8、效熱量( ).第27頁，共34頁。規(guī)定：對(duì)于固定聚光集熱器，則采用全輻射，但如果這類聚光集熱器可以調(diào)整傾斜度，則采用直接輻射。需要標(biāo)出測(cè)量的效率是基于全輻射還是直接輻射。對(duì)于跟蹤太陽聚光型集熱器，應(yīng)采用直接輻射；.第28頁，共34頁。(2) 基于吸熱面上的入射太陽輻射的效率，即 聚光集熱器光學(xué)效率：其和基于集熱器開口入射太陽輻射的效率 的關(guān)系是：.第29頁，共34頁。結(jié)合集熱器熱損失因素U，集熱器效率可寫為：.第30頁，共34頁。五 聚光集熱器的材料反射面的反射率；蓋板材料的透過率；吸熱層的吸收率和反射率；作為聚光器的材料，主要考慮選擇一下幾點(diǎn)：.第31頁，共34頁。作為反射面的材料，由于表面的粗糙和起伏，沒有一種材料能做到鏡面的全反射。鋁，總反射率在85%90%左右。銀，總反射率在90%左右。需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)太陽光入射波長積分才能得到一個(gè)統(tǒng)一的反射率。.第32頁，共34頁。作為蓋板材料，和平板型集熱器類似，需要含鐵低、透明的材料。玻璃聚丙烯酸酯是制備菲涅耳棱鏡的恰當(dāng)材料。作為聚光集熱器的吸熱層，鉻黑吸收率約0.95，反射率不大于0.1，作為選擇性涂層，是較好的選擇。.