菲涅尔太阳能聚光器研究

【摘要】： 太阳能清洁无污染、储量巨大、可持续利用,是重要的可再生能源。由于太阳能存在能流密度低、间歇性以及空间分布不均匀等缺点,因此提高太阳能发电系统的效率,降低发电成本仍是目前太阳能应用中面临的主要问题。太阳能聚光光伏发电技术,利用光学聚光组件提高入射到太阳能电池表面的光能量密度,可以减少系统中昂贵太阳能电池的使用,并可大幅度提高系统整体转换效率,是降低发电成本提高发电效率的有效途径,而太阳能聚光器是聚光光伏发电系统的重要组件之一,对其进行系统研究具有重要的应用价值。 论文首先研究了菲涅耳太阳能聚光器(菲涅尔透镜)的设计方法,给出了统一设计公式的简略推导过程,获得了菲涅尔透镜的通用设计公式；根据菲涅尔透镜的结构特点,分析了菲涅尔聚光器的光学损失机理和影响太阳能聚光器光学效率的因素；采用Pro/E三维参数化建模技术与Tracepro光学软件,对不同采集面上菲涅尔聚光器的光斑能量分布进行了光学仿真,研究表明通常设计的菲涅尔透镜均存在光斑能量分布不均匀,影响太阳能聚光电池发电效率的问题；针对该问题,论文提出了通过设计多焦点透镜结构和采用二次光学镜两种实现焦斑能量分布均匀化的方法,并通过光学仿真对两种方案能量均化程度和相对于发电系统的容差定性进行了对比分析,比较了各自的优缺点。 为了评定聚光系统的设计方案以及仿真分析的准确性,论文对聚光系统光学效率测试方法进行了实验研究,分析了初步的实验数据,结果表明论文中提出的方案设计是可行性的。 【关键词】：菲涅尔 光学仿真 高倍聚焦 焦斑均化
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 菲涅尔聚光器的国内外研究现状10-13
• 1.2.1 菲涅尔聚光器的分类10-11
• 1.2.2 国内外研究状况11-13
• 1.3 论文研究的主要内容及论文安排13-14
• 第2章 菲涅尔聚光器设计方法研究14-23
• 2.1 菲涅尔聚光器的光学原理14-15
• 2.2 菲涅尔透镜一般设计方法15-20
• 2.2.1 楞高度角计算方法15-17
• 2.2.2 楞高计算方法17-19
• 2.2.3 菲涅尔透镜的一般设计公式19-20
• 2.3 算例结果与分析20-23
• 第3章 菲涅尔聚光器的光学效率23-30
• 3.1 菲涅尔透镜反射损失以及吸收损失23-26
• 3.2 菲涅尔透镜结构性损失以及加工工艺损失26-28
• 3.3 不同结构菲涅尔聚光透镜光学效率的比较28-30
• 第4章 聚光焦斑能量分布30-41
• 4.1 太阳光谱及聚光器件材料模拟30-33
• 4.1.1 太阳光谱模拟30-31
• 4.1.2 聚光器件材料性能模拟31-33
• 4.2 菲涅尔透镜单环能量分布特点33-37
• 4.2.1 单环单色光焦斑大小计算33-35
• 4.2.2 单环焦斑大小计算35-36
• 4.2.3 菲涅尔透镜最小光斑计算36-37
• 4.3 Pro/E参数化建模以及Tracepro光学仿真37-38
• 4.3.1 Pro/E参数化建模37-38
• 4.3.2 Tracepro光学仿真38
• 4.4 菲涅尔聚光器光学仿真38-41
• 第5章 焦斑能量均匀化41-55
• 5.1 均匀化透镜设计41-48
• 5.1.1 均匀化透镜结构设计及优化41-47
• 5.1.2 均匀化平面楞型朝内菲涅尔透镜效率分析47-48
• 5.2 均化二次镜设计48-53
• 5.2.1 均化二次镜结构设计49-51
• 5.2.2 均化二次镜效率分析51-53
• 5.3 容差分析53-55
• 第6章 应用实验分析55-61
• 6.1 实验平台的建立55-56
• 6.2 实验数据采集56-58
• 6.3 实验数据分析58-61
• 第7章 结论及展望61-62
• 7.1 全文总结61
• 7.2 后续研究和展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 附录 作者研究生期间发表论文及学术活动66

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