5-第八章 聚光型集热器

使用的防冻剂少。
定时跟踪 连续跟踪型
跟踪方式 间歇跟踪型 太阳检测跟踪
又可分为单轴和双轴跟踪。
单轴太阳能跟踪系统
两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器。 由光导纤维透镜和与之相连 光导纤维聚光器： 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。
荧光聚光器： 一种添加荧光色素的透明板(一般为 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，10~100。
二、聚光集热器的类型 反射式 按照对入射太阳 光的聚集方式
通过一系列反射镜 片将太阳光辐射汇 聚到热吸收面 将入射太阳光通过 透镜汇聚到吸收面
折射式
抛物线线性聚光器
菲涅耳透镜聚光器
旋转抛物面镜( 碟形 焦点 ) 凹面镜(直射式)
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)
球柱面状的碟式聚光反射装置
聚光反射比在800~8000之间，采用双轴跟踪太阳反射光 线，500~1200℃，80%。
复合抛物线聚光器
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
qout I
qout 是传热介质带出的有效热量( qabs qloss )
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。
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。
反射聚光
平面镜(定日镜)
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。
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。
德国Flagsol公司开发的槽式太阳能集热器
通过一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。
凸透镜 透镜聚光
圆形透镜(焦点) 菲涅耳透镜 矩形透镜(焦线)
AR
聚光率的关系图
S
max
dA
二维聚光示意图
三维聚光示意图
槽式抛物聚光反射镜面装置
聚光反射比在8~80之间，可采用单轴机构跟踪太阳能光 线，工作温度在260~400℃，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600~1000之间，采用双轴跟踪太阳反射光 线，500~800℃，73%。
规定： 对于跟踪太阳聚光型集热器，应采用直接辐 射；
对于固定聚光集热器，则采用全辐射，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。
(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：
qabs o I in
其和基于集热器开口入射太阳辐射的效率 的 关系是：
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，将太阳辐射聚集到跟踪太阳的接 收器上的一种非成像集热器。
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
按聚焦 的形式
点聚焦集热器
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。
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。
三 聚光集热器的重要参数 聚光比：表征聚光镜的重要参数。 (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。
CE Ir Ii
(2)几何聚光比或面积聚光比
Ca
AA AR
AA AR
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)。
AS
AA
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。
只能对直接 辐射产生聚光的效果，不能对散 射辐射聚焦。 要有跟踪太阳的装置。 对小聚光比的系统，即使不需要跟踪系统，复 杂的聚光系统。 如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。
第八章 聚光型集热 器
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。
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。
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。
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。
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。
菲涅耳透镜
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。
按聚光是 否成像
非成像集热器
线聚焦集热器
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。 使太阳辐射基本 上会聚到一个焦 点的聚光型集热 器。
qloss b bo IbI in b Ib来自结合集热器热损失因素U，
qloss U t
t t p ta
集热器效率可写为：
U t b bo Ib
五 聚光集热器的材料
作为聚光器的材料，主要考虑选择一下几点：
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；