聚光太阳能技术

聚光太阳能技术第一页，共28页。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第二页，共28页。一、聚光太阳能技术依据的原理第三页，共28页。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。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。第四页，共28页。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。第五页，共28页。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。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。第六页，共28页。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。第七页，共28页。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。为加工方便，还进行了整平，大大降低重量和体积。第八页，共28页。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。第九页，共28页。碟式系统第十页，共28页。塔式系统第十一页，共28页。二、课本知识回顾第十二页，共28页。知识回顾第十三页，共28页。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

。几何光密度比光学效率光密度比（光学增益）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第十四页，共28页。三、太阳能电池表面的光照度计算第十五页，共28页。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—复合抛物面系统第十六页，共28页。地面的太阳光照度参考文献[1]，太阳直射时的辐照度为：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：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

第十七页，共28页。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。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第十八页，共28页。汇聚系统光密度比则光密度比为对上述进行变形：光密度比即为：太阳光汇聚后和汇聚前的光照度之比第十九页，共28页。则太阳能电池表面的光照度（即汇聚后的光照度）为：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第二十页，共28页。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：

式中，f为焦距第二十一页，共28页。汇聚系统光密度比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：第二十二页，共28页。汇聚系统光密度比整个系统的光密度比为太阳能电池表面的光照度为：第二十三页，共28页。四、太阳能电池表面的亮度计算第二十四页，共28页。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微面接收的光通量为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第二十五页，共28页。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得到化简，得亮度计算公式将已计算出的E代入上述公式，即可得到光亮度第二