非跟踪式太阳能聚集技术研究

【摘要】： 目前太阳能聚集技术的研究对象主要是对日定向的聚光器,而非跟踪式聚光器只需要间歇性调整位置或者根本不需要跟踪装置,具有成本低、效率高、运行和维护容易等优点。因此,研究非跟踪式聚光器的聚光特性,对促进太阳能聚集技术的发展及应用的推广具有重要意义。 本文首先对空间及地面太阳辐照的变化规律进行了研究。在卫星轨道参数计算及其特性研究的基础上,对入射到卫星主体六个方向的太阳直接辐射外热流进行了分析。 采用蒙特卡洛法模拟聚光器的聚光特性,建立了非跟踪式太阳能聚集器内光线传播的蒙特卡洛法数理模型。针对高次曲面,采用大范围内选取迭代初值的Aitken加速迭代收敛方法求解光线与表面的交点。 在上述研究的基础上,采用蒙特卡洛法计算并分析了不同参数对二维槽式反射聚光太阳电池阵聚光比的影响。根据不同的聚光比要求,提出了绕卫星主惯性轴转动的间歇性调整方案,推导出调整方位的时刻计算公式。 在引入平面吸收体型复合抛物面聚光器(CPC)设计方法的基础上,提出了仰角间歇性调整方案,并采用蒙特卡洛法对二维和三维CPC的聚光特性进行了分析和比较。对二维CPC的光线损失机理进行了分析,提出了性能理想的封闭式改进方案。通过研究,对非跟踪式太阳能聚集技术有了较为全面的认识,为非跟踪式太阳能聚光器的设计提供了有价值的参考依据。 【关键词】：太阳能聚集 非跟踪式聚光器 槽式反射聚光阵 复合抛物面聚光器 蒙特卡洛法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 空间电源的研究现状9
• 1.1.2 非跟踪式太阳能聚集技术概述9-10
• 1.2 研究现状和进展10-20
• 1.2.1 非跟踪式太阳能聚集技术方面的发明专利10
• 1.2.2 非跟踪式反射聚光器发展概况10-16
• 1.2.3 量子点太阳能聚集器发展概况16-19
• 1.2.4 性能比较19-20
• 1.3 本课题的研究内容20-22
• 第二章 非对日定向下太阳能资源分析及算法22-38
• 2.1 空间太阳能资源分析22-26
• 2.1.1 轨道参数计算22-24
• 2.1.2 太阳光入射仰角和方位角计算24-26
• 2.1.3 太阳直接辐射热流密度计算26
• 2.2 地面太阳能资源分析26-29
• 2.2.1 概述26-27
• 2.2.2 太阳高度角和方位角计算27-28
• 2.2.3 太阳辐射量的工程计算方法28-29
• 2.3 技术原理探讨29-30
• 2.4 聚光特性模拟的蒙特卡洛法30-37
• 2.4.1 能束光线的数学模型31-32
• 2.4.2 表面的数学描述32-33
• 2.4.3 光线与表面交点的确定33
• 2.4.4 坐标转换33-35
• 2.4.5 计算模型35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 非对日定向下槽式反射聚光阵聚光特性38-47
• 3.1 轨道与姿态定义38-39
• 3.2 轨道计算结果39-41
• 3.2.1 轨道β角39
• 3.2.2 太阳光入射仰角和方位角39-41
• 3.3 太阳直接辐射外热流41-43
• 3.4 聚光特性模拟43-46
• 3.4.1 数理模型43-44
• 3.4.2 结果及分析44-45
• 3.4.3 间歇性跟踪方案的初步分析45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 CPC聚光器的设计及聚光特性模拟47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 平面吸收体型CPC 聚光器的设计47-53
• 4.2.1 二维CPC面型方程48-50
• 4.2.2 三维CPC面型方程50
• 4.2.3 平截CPC50-53
• 4.3 非对日定向下空间CPC 聚光特性模拟53-59
• 4.3.1 算法研究53-55
• 4.3.2 模拟结果及分析55-58
• 4.3.3 封闭二维CPC 改进方案58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文65-67
• 致谢67

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