圓形吸收體貝殼形復(fù)合拋物聚光器模型構(gòu)建及其性能

陳 飛，施健鵬

（1. 昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，昆明 650500； 2. 昆明理工大學(xué)太陽(yáng)能工程研究所，昆明 650500）

0 引 言

到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射密度通常小于1 kW/m。為了擴(kuò)大太陽(yáng)能系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，可將較低密度的太陽(yáng)輻射能進(jìn)行有效聚集，因此多種太陽(yáng)能聚光器被提出，其中基于非成像光學(xué)邊緣光線原理所構(gòu)建的復(fù)合拋物聚光器（Compound Parabolic Concentrator，CPC）具有靜態(tài)運(yùn)行、無(wú)需匹配追日裝置、面形易于構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)，受到科研人員的長(zhǎng)期關(guān)注。

20世紀(jì)Rabl研究了圓形吸收體的CPC面形結(jié)構(gòu)，分析了其聚光比、接收半角與高度之間的關(guān)系。Waghmare等利用光線追蹤技術(shù)設(shè)計(jì)了一種圓形吸收體CPC，研究結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的CPC可有效降低聚能過(guò)程中的光學(xué)損耗。Xu等基于太陽(yáng)輻射理論，構(gòu)建了一種平板吸收體的CPC聚光器，仿真研究結(jié)果表明水平截?cái)嗟姆菍?duì)稱平板吸收體CPC的幾何聚光比隨接收半角的增大而減小。Fang等將多個(gè)平面反射鏡耦合連接代替拋物反射面，構(gòu)建了一種復(fù)合平面聚光器，有效提升了平板吸收體表面上太陽(yáng)輻射能的均勻性，同時(shí)還提高了年輻射采集量。

常規(guī)的CPC聚光器不易穩(wěn)定放置，并且存在光線逃逸、熱量流失、聚光比低等問(wèn)題。為此許多學(xué)者在構(gòu)建新型CPC結(jié)構(gòu)方面開(kāi)展了研究。Xia等基于微分幾何原理構(gòu)建了一種CPC系統(tǒng)不僅能夠水平放置，而且解決了由于真空管間隙引起的光線損耗問(wèn)題，有效提高了太陽(yáng)輻射能的采集量。Ustaoglu等構(gòu)建了一種由拋物線和漸開(kāi)線反射面耦合形成的圓形吸收體兩級(jí)CPC聚光器，并完全嵌入全玻璃真空管內(nèi)部以降低熱損失，同時(shí)還有益于一體化系統(tǒng)的安裝與固定。……