一种低倍聚光光伏光热系统的热电性能评估方法

摘要

一种低倍聚光光伏光热系统的热电性能评估方法，针对几何聚光比小于10×的低聚光比范围，单次反射复合抛物面聚光器能够以其几何聚光比倒数的效率采集太阳散射辐射，因此在对装置进行电性能评估的时候，将单次反射复合抛物面聚光器几何聚光比倒数与太阳散射辐照度乘积引入到电性能评估体系中，可实现更加准确评估装置的电性能，另外，将太阳总辐射表与散射辐射表安装在装置中，跟随装置的跟踪策略，由于余弦损失很小，亦可实现准确对单轴以及双轴跟踪策略的装置进行热电性能评估。

说明书

技术领域

本发明属于聚光光伏光热综合利用研究领域，涉及一种低倍聚光光伏光热系统的热电性能评估方法。

背景技术

聚光系统在采集太阳能过程中，聚光器往往只能采集太阳直射辐射DNI，因此在对系统光电性能进行计算的时候，只考虑采集的太阳直射辐射DNI，即将太阳直射辐射作为分母进行电性能评估，比如标准IEC62108:2007与BS EN62108:2008在进行光电性能评估时，就只考虑太阳直射辐射DNI，标准IEEE1513-2001认为，若聚光器没有利用散射，就不用考虑太阳散射辐射SDI，因此对于目前聚光系统光电性能评估，暂时没有一个标准考虑SDI；但是有的聚光器，比如复合抛物面聚光器(CPC)，除了能够采集DNI之外，还能够部分采集SDI，Rabl A等在学术论文Design and test of non-evacuated solar collectors withcompound parabolic concentrators里通过理论与实验证明了CPC对SDI的采集效率为其几何聚光比C的倒数；对于几何聚光比小于10×的低聚光比范围聚光器，根据魏进家等发明专利“一种平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法”(专利号：ZL 201410160640.9)设计的消除复合抛物面多次反射形成单次反射聚光器(EMR)，Xie Huling等在学术论文Designand performance research on eliminating multiple reflections of solarradiation within compound parabolic concentrator(CPC)in hybrid CPV/T system里通过理论与实验证明，EMR对SDI的采集效率也为其几何聚光比C_EMR的倒数，对于EMR聚光的热电联产装置，其光电性能评估也不能仅仅考虑太阳直射辐射DNI，还需考虑部分SDI，因此亟需一种对应方法来准确评估单次反射复合抛物面聚光器EMR聚光的热电联产装置热电性能。

发明内容

针对EMR的聚光特性，本发明目的在于提供一种低倍聚光光伏光热系统的热电性能评估方法，能够更加准确的评估单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置热电输出性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低倍聚光光伏光热系统的热电性能评估方法，包括以下步骤：

1)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置产能分别为：产电功率P_e，产热流量Φ_th；

2)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置对太阳辐射分类为：太阳总辐射、太阳直射辐射以及太阳散射辐射，且太阳总辐射由太阳直射辐射与太阳散射辐射组成；

3)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置对太阳辐射的测量值为：太阳总辐射表测量太阳总辐照度G_t，太阳散射辐射表测量太阳散射辐照度G_SDI，太阳直射辐照度G_DNI通过计算获得；

4)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置包括太阳辐射测量仪器，太阳辐射测量仪器的安装情况为：太阳总辐射表、太阳散射辐射表的采光面与消除多次反射获得的单次反射复合抛物面聚光器的入射光孔始终保持平行；

5)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置采光面积为A_t，采集太阳总辐射通量Φ_t＝G_tA_t＝(G_DNI+G_SDI)A_t；

6)当产电功率P_e为最大功率且对应产热流量为Φ_th时，单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的光电效率为：

η_e＝P_e/[(G_DNI+G_SDI/C_EMR)A_t]

其中，C_EMR为单次反射复合抛物面聚光器的几何聚光比；

另外，单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的光电光热总效率为：

η_t＝(P_e+Φ_th)/Φ_t＝(P_e+Φ_th)/[(G_DNI+G_SDI)A_t]

得到单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的光电效率以及光电光热总效率完成了热电性能评估。

本发明进一步的改进在于，单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的组成部件还包括由上向下依次设置的消除多次反射获得的单次反射复合抛物面聚光器、光伏组件、散热器以及跟踪器。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中计算公式为：，计算公式为：G_DNI＝G_t-G_SDI。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

针对几何聚光比小于10×的低聚光比范围，单次反射复合抛物面聚光器能够以其几何聚光比倒数的效率采集太阳散射辐射，因此在对装置进行电性能评估的时候，将单次反射复合抛物面聚光器几何聚光比倒数与太阳散射辐照度乘积引入到电性能评估体系中，可实现更加准确评估装置的电性能，另外，将太阳总辐射表与散射辐射表安装在装置中，跟随装置的跟踪策略，由于余弦损失很小，亦可实现准确对单轴以及双轴跟踪策略的装置进行热电性能评估。本发明提供一种单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置热电性能评估方法，能够更加准确的评估单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置热电输出性能。

附图说明

图1为本发明单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明中单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的结构见专利CN201520572668.3。

如图1所示单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的示意图。

本发明的评估步骤为：

1)参见图1，单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的组成部件包括由上向下依次设置的消除多次反射获得的单次反射复合抛物面聚光器(EMR)、光伏组件、散热器以及跟踪器；EMR聚光，光伏组件产电，散热器产热，跟踪器引导整个装置跟踪太阳；

2)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置产能分别为：产电功率P_e，产热流量Φ_th；

3)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置对太阳辐射分类为：太阳总辐射(TSI)、太阳直射辐射(DNI)以及太阳散射辐射(SDI)，存在关系式：TSI＝DNI+SDI，即太阳总辐射(TSI)由太阳直射辐射(DNI)与太阳散射辐射(SDI)组成；

4)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置对太阳辐射的测量仪器与测量值为：太阳总辐射表测量太阳总辐照度G_t，太阳散射辐射表测量太阳散射辐照度G_SDI，太阳直射辐照度G_DNI通过间接计算获得，计算公式为：G_DNI＝G_t-G_SDI；

5)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置对太阳辐射测量仪器的安装情况为：不管跟踪器采用单轴跟踪还是双轴跟踪策略，太阳总辐射表、太阳散射辐射表采光面与EMR的入射光孔始终保持平行。

6)单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置采光面积为At，采集太阳总辐射通量Φ_t＝G_tA_t＝(G_DNI+G_SDI)A_t；

7)当产电功率P_e为最大功率且对应产热流量为Φ_th时，单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的光电效率为：

η_e＝P_e/[(G_DNI+G_SDI/C_EMR)A_t]

其中，C_EMR为单次反射复合抛物面聚光器EMR的几何聚光比；

另外，单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的光电光热总效率为：

η_t＝(P_e+Φ_th)/Φ_t＝(P_e+Φ_th)/[(G_DNI+G_SDI)A_t]

得到单次反射复合抛物面聚光器聚光的热电联产装置的光电效率以及光电光热总效率完成了热电性能评估。

本发明针对几何聚光比小于10×的低聚光比范围，单次反射复合抛物面聚光器能够以其几何聚光比倒数的效率采集太阳散射辐射，因此在对装置进行电性能评估的时候，将单次反射复合抛物面聚光器几何聚光比倒数与太阳散射辐照度乘积引入到电性能评估体系中，可实现更加准确评估装置的电性能，另外，将太阳总辐射表与散射辐射表安装在装置中，跟随装置的跟踪策略，由于余弦损失很小，亦可实现准确对单轴以及双轴跟踪策略的装置进行热电性能评估。