-第八章 聚光型集热器

qloss Ib
b
I in Ib
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结合集热器热损失因素U，
U q loss t
t tp ta
集热器效率可写为：
b
bo
Ut Ib
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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；
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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。
凸透镜
圆形透镜(焦点)
菲涅耳透镜
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。
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菲涅耳透镜
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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。
S
m ax
dA
二维聚光示意图
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三维聚光示意图
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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%。
第八章 聚光型集热 器
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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。
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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。
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%。
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复合抛物线聚光器
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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
q o u t 是传热介质带出的有效热量( qabs qloss)
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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。
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(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：
o
q abs I in
其和基于集热器开口入射太阳辐射的效率 的 关系是：
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线聚焦集热器
按聚焦 的形式
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。
使太阳辐射基本 上会聚到一个焦 点的聚光型集热 器。
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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。
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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
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
抛物线线性聚光器 菲涅耳透镜聚光器
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旋转抛物面镜( 碟形 焦点 )
反射聚光
凹面镜(直射式)
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。 .
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
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Ca
AA AR
A A A R 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
AR
聚光率. 的关系图
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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：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。
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。
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。
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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。
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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，将太阳辐射聚集到跟踪太阳的接 收器上的一种非成像集热器。
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。
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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。
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)
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。
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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。
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透镜聚光
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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
连续跟踪型 跟踪方式
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。
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单轴太阳能跟踪系统