聚光太阳能技术
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8
菲涅尔折射器系统
聚光器：菲涅尔透镜系统。
接收器：位于焦平面上。
太阳光经透镜折射后会聚 于焦平面上。
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9
碟式系统
a
10
塔式系统
a
11
二、课本知识回顾
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12
知识回顾
a
13
知识准备
➢ 假设系统的入射口径面积为S1 ，出射口径面积为S2 ，进入 入射面的辐射通量为Φ1 ，出射面的辐射通量为Φ2 。
聚光太阳能技术
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1
目录
一、聚光太阳能技术依据的原理 二、课本知识回顾 三、太阳能电池表面的光照度计算 四、太阳能电池表面的亮度计算
a
2
一、聚光太阳能技术依据的原理
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3
聚光太阳能技术
➢ 聚光太阳能技术是通过聚光的方式把一定面积上的太阳光 通过聚光系统会聚在一个狭小的区域，用电池板接收能量 并加以利用的技术。
➢ 主要计算的形式： 一、透射式—正透镜汇聚系统 二、反射式—复合抛物面系统
a
16
地面的太阳光照度
➢ 参考文献[1]，太阳直射时的辐照度为：
Ee1.35(3 0.7AM )0.678
式中：Ee为太阳辐照度 AM为大气光学质量
➢ 参考文献[2]，太阳辐射强度和光照度的换算关系：
Ee1.04 1 02E
➢ 一般会将复合抛物面和透镜组合使用，如下图所示：
➢ 透镜与复合抛物面的光密度比分别为：
c1
W W
S2 S1
S1 S2
D2 4
d2 4
D 2
f 2
1 2
D f
2
c2
W2 S2 W S1
2
d12 d22
2
d1 d2
2
2
n sin
2
2
n2
1
D
4 f
2
a
22
汇聚系统光密度比
➢ 整个系统的光密度比为
E2
E1c
E1
2
D f
Байду номын сангаас
2
➢ 式中，E2为汇聚后的光照度，E1为汇聚前的光照度
➢ E1即是前面计算出地面太阳光照度
a
20
汇聚系统光密度比
➢ 考虑复合抛物面反射式汇聚 系统，如图所示：
➢ 根据几何关系可以得到：
2f
2ds
1cos(/20)
dads
sin0
1co2fs(20)
➢ 式中，f为焦距
a
21
汇聚系统光密度比
➢ 实现太阳能聚光可以使用多种不同的光学系统，可分为两 大类：反射式和折射式。其中反射式系统使用得较为普遍 。
a
4
聚光太阳能系统的形式
抛物面槽式反射系统
由太阳能聚光器、接收器和 跟踪系统等部分组成。
a
5
抛物面槽式反射系统
➢ 聚光器：由许多弯曲的 反射镜组合装配而成。
➢ 接收器：沿反射镜焦线 固定安装的吸热管或接 收器管。
a
27
谢谢观看，欢迎指正！
a
28
➢ 几何光密度比
C S1 S2
➢ 光学效率
2 1
➢ 光密度比（光学增益） c(2 /S2) C
(1 / S1)
➢ 如果会聚系统是一个理想系统，即光学效率为1，几何光密
度比与光密度比相等
a
14
三、太阳能电池表面的 光照度计算
a
15
光照度计算
➢ 计算的主要步骤： 一、地面的太阳光照度 二、太阳能汇聚系统的光密度比 三、太阳能电池表面的光照度
a
18
汇聚系统光密度比
➢ 则光密度比为
c W
S2
S1
D2 4
W S1 S2
d2 4
D 2
f 2
1 2
D f
2
➢ 对上述进行变形：
c W S2 e S2 Ke S2
W S1 e S1 Ke S1
S2 E2
S1 E1
➢ 光密度比即为：太阳光汇聚后和汇聚前的光照度之比
a
19
➢ 则太阳能电池表面的光照度（即汇聚后的光照度）为：
式中，E为光照度 ➢ 简单计算时，可以参考课本表6-3给出的太阳直照时的地面
照度为100000lx
a
17
汇聚系统光密度比
➢ 分析正透镜汇聚系统，如图所示：
➢ 到达地面的太阳光发散角约为 0.54 。设入射的辐射能 量为W，透镜的平均通过率为 ，透镜的口径为D，焦距为
f，焦面直径为d，入射和出射面面积为S1和S2
c
c1c2
12n2 2
D
f 2 4
➢ 太阳能电池表面的光照度为：
E2
E1c
E112n2 2
D
f 2 4
a
23
四、太阳能电池表面的 亮度计算
a
24
亮度计算
➢ 在自然界中，我们所看到的大多数物体本身并不发光，而 是被其他发光物体照明后，光线在物体表面进行漫反射
➢ 太阳能电池表面是凹凸不平的，就是上述的发光机理 ➢ 假设一个全扩散面dS，它的光照度为E，dS微面接收的光
➢ 跟踪系统：跟踪太阳光。
➢ 太阳光经镜面反射到焦 线位置，使能量会聚到 焦线处的吸热管上。
a
6
菲涅尔反射器系统
菲涅尔反射器系统：将抛物面反射镜分解为一系列平面 镜的组合，使太阳光经平面镜反射后仍能会聚到焦线处。
a
7
菲涅尔折射器系统
菲涅尔透镜：对球面透 镜微分切割，取出对光 学折射无作用的部分。
通量为
dEdS
➢ 假定该全扩散表面的漫反射系数为ρ，它所反射出来的总光 通量为
d dEdS
a
25
亮度计算
➢ 按照发光强度的余弦定律，总光通量和光亮度关系为
dLdS
➢ 得到
LdSEdS
➢ 化简，得亮度计算公式
L 1 E
➢ 将已计算出的E代入上述公式，即可得到光亮度
a
26
参考文献
[1]聚光光伏系统中太阳能电池的冷却问题研究_王子龙 [2]太阳辐射度与光照度换算浅析_毛军需
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菲涅尔折射器系统
聚光器：菲涅尔透镜系统。
接收器：位于焦平面上。
太阳光经透镜折射后会聚 于焦平面上。
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碟式系统
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塔式系统
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二、课本知识回顾
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知识回顾
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知识准备
➢ 假设系统的入射口径面积为S1 ，出射口径面积为S2 ，进入 入射面的辐射通量为Φ1 ，出射面的辐射通量为Φ2 。
聚光太阳能技术
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目录
一、聚光太阳能技术依据的原理 二、课本知识回顾 三、太阳能电池表面的光照度计算 四、太阳能电池表面的亮度计算
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一、聚光太阳能技术依据的原理
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聚光太阳能技术
➢ 聚光太阳能技术是通过聚光的方式把一定面积上的太阳光 通过聚光系统会聚在一个狭小的区域，用电池板接收能量 并加以利用的技术。
➢ 主要计算的形式： 一、透射式—正透镜汇聚系统 二、反射式—复合抛物面系统
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地面的太阳光照度
➢ 参考文献[1]，太阳直射时的辐照度为：
Ee1.35(3 0.7AM )0.678
式中：Ee为太阳辐照度 AM为大气光学质量
➢ 参考文献[2]，太阳辐射强度和光照度的换算关系：
Ee1.04 1 02E
➢ 一般会将复合抛物面和透镜组合使用，如下图所示：
➢ 透镜与复合抛物面的光密度比分别为：
c1
W W
S2 S1
S1 S2
D2 4
d2 4
D 2
f 2
1 2
D f
2
c2
W2 S2 W S1
2
d12 d22
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d1 d2
2
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n sin
2
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n2
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4 f
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汇聚系统光密度比
➢ 整个系统的光密度比为
E2
E1c
E1
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D f
Байду номын сангаас
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➢ 式中，E2为汇聚后的光照度，E1为汇聚前的光照度
➢ E1即是前面计算出地面太阳光照度
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汇聚系统光密度比
➢ 考虑复合抛物面反射式汇聚 系统，如图所示：
➢ 根据几何关系可以得到：
2f
2ds
1cos(/20)
dads
sin0
1co2fs(20)
➢ 式中，f为焦距
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汇聚系统光密度比
➢ 实现太阳能聚光可以使用多种不同的光学系统，可分为两 大类：反射式和折射式。其中反射式系统使用得较为普遍 。
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聚光太阳能系统的形式
抛物面槽式反射系统
由太阳能聚光器、接收器和 跟踪系统等部分组成。
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5
抛物面槽式反射系统
➢ 聚光器：由许多弯曲的 反射镜组合装配而成。
➢ 接收器：沿反射镜焦线 固定安装的吸热管或接 收器管。
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谢谢观看，欢迎指正！
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➢ 几何光密度比
C S1 S2
➢ 光学效率
2 1
➢ 光密度比（光学增益） c(2 /S2) C
(1 / S1)
➢ 如果会聚系统是一个理想系统，即光学效率为1，几何光密
度比与光密度比相等
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三、太阳能电池表面的 光照度计算
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光照度计算
➢ 计算的主要步骤： 一、地面的太阳光照度 二、太阳能汇聚系统的光密度比 三、太阳能电池表面的光照度
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汇聚系统光密度比
➢ 则光密度比为
c W
S2
S1
D2 4
W S1 S2
d2 4
D 2
f 2
1 2
D f
2
➢ 对上述进行变形：
c W S2 e S2 Ke S2
W S1 e S1 Ke S1
S2 E2
S1 E1
➢ 光密度比即为：太阳光汇聚后和汇聚前的光照度之比
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➢ 则太阳能电池表面的光照度（即汇聚后的光照度）为：
式中，E为光照度 ➢ 简单计算时，可以参考课本表6-3给出的太阳直照时的地面
照度为100000lx
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汇聚系统光密度比
➢ 分析正透镜汇聚系统，如图所示：
➢ 到达地面的太阳光发散角约为 0.54 。设入射的辐射能 量为W，透镜的平均通过率为 ，透镜的口径为D，焦距为
f，焦面直径为d，入射和出射面面积为S1和S2
c
c1c2
12n2 2
D
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➢ 太阳能电池表面的光照度为：
E2
E1c
E112n2 2
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四、太阳能电池表面的 亮度计算
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亮度计算
➢ 在自然界中，我们所看到的大多数物体本身并不发光，而 是被其他发光物体照明后，光线在物体表面进行漫反射
➢ 太阳能电池表面是凹凸不平的，就是上述的发光机理 ➢ 假设一个全扩散面dS，它的光照度为E，dS微面接收的光
➢ 跟踪系统：跟踪太阳光。
➢ 太阳光经镜面反射到焦 线位置，使能量会聚到 焦线处的吸热管上。
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菲涅尔反射器系统
菲涅尔反射器系统：将抛物面反射镜分解为一系列平面 镜的组合，使太阳光经平面镜反射后仍能会聚到焦线处。
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菲涅尔折射器系统
菲涅尔透镜：对球面透 镜微分切割，取出对光 学折射无作用的部分。
通量为
dEdS
➢ 假定该全扩散表面的漫反射系数为ρ，它所反射出来的总光 通量为
d dEdS
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亮度计算
➢ 按照发光强度的余弦定律，总光通量和光亮度关系为
dLdS
➢ 得到
LdSEdS
➢ 化简，得亮度计算公式
L 1 E
➢ 将已计算出的E代入上述公式，即可得到光亮度
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参考文献
[1]聚光光伏系统中太阳能电池的冷却问题研究_王子龙 [2]太阳辐射度与光照度换算浅析_毛军需