槽式太阳能集热器热性能分析与实验

摘要

太阳能作为一种新能源，理论上取之不尽，并且清洁无污染，正越来越受到人们的关注。太阳能发电包括光伏发电和光热发电两种形式，是太阳能利用的重要途径。目前光伏发电已经有较广泛的应用，但仍存在效率较低和成本较高等问题。太阳能光热发电因其在大规模并网发电方面的优势而日益受到重视。太阳能光热发电按其集热形式主要有槽式、塔式和碟式三种，其中槽式太阳能热发电技术最为成熟，国外已有商业化应用。
　　 槽式太阳能集热器是槽式太阳能热发电系统的主要部件，作用是将太阳能转化为热能，因此槽式集热器性能的优劣直接影响太阳能热发电站整体效率和成本。同时，在槽式集热器中存在辐射、导热和对流等多种传热过程，且其传热过程在空间和时间上都具有显著的非均匀特性。因此开展槽式集热器热性能的理论与实验研究具有重要的学术意义和应用价值。本文的工作主要包括以下三个方面：
　　 建立了槽式太阳能集热器的传热模型，计算了不同太阳辐射强度，工质入口温度和流量等工况下，集热器的热效率以及集热工质出口温度的变化规律，对计算结果进行了非线性拟合，得到了集热器效率、工质出口温度的计算关系式。
　　 考虑集热管表面热流不均匀的情况，建立了非均匀条件下的槽式集热器的传热模型，计算得到了集热器性能随各影响因素的变化规律。结果表明，环境风速增加和流体入口温度升高均导致集热器性能降低；随着太阳辐射强度、工质流量、环境温度等增加，集热器性能得到提高。环境风速和温度这两个因素对集热器性能的影响相对较小，而太阳辐射强度、流体入口温度和流量是影响集热器性能的三个主要因素。
　　 采用电加热模拟的方式对槽式真空集热管进行了稳态性能测试，得到了集热管在不同管壁温度和真空条件下的热损失特性。结果表明真空集热管在400℃左右的工作温度下的热损失为917.5W。该集热管经过多次加热和降温过程，集热管各组件连接完好，尤其是玻璃和可伐合金连接部分未出现破坏，高温选择性吸收涂层也没有明显的性能衰减。