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利用镜面面积的改造以减少能量损失的新型碟式集热器
- 分类:新闻资讯
- 发布时间:2021-06-21 09:04
【概要描述】一、现在普遍用于生活中的集热器(结构+原理+能损)
1、聚光型集热器主要包括三个部分:聚光器、吸收器以及跟踪系统。聚光器主要由反射镜面构成;吸收器主要构成部件是吸收体;跟踪系统有程序控制式以及传感器...
利用镜面面积的改造以减少能量损失的新型碟式集热器
【概要描述】一、现在普遍用于生活中的集热器(结构+原理+能损)
1、聚光型集热器主要包括三个部分:聚光器、吸收器以及跟踪系统。聚光器主要由反射镜面构成;吸收器主要构成部件是吸收体;跟踪系统有程序控制式以及传感器...
- 分类:新闻资讯
- 发布时间:2021-06-21 09:04
一、现在普遍用于生活中的集热器(结构+原理+能损)
1、聚光型集热器主要包括三个部分:聚光器、吸收器以及跟踪系统。聚光器主要由反射镜面构成;吸收器主要构成部件是吸收体;跟踪系统有程序控制式以及传感器式;在现在的聚光型集热器中,主要有三种类型,而我们所要进行改进的就是下面图片中的碟式聚光器。现在市面上的碟式聚光型集热器大致就是上面这个样子的。
二、碟式集热器的工作原理大致是这个样子的:
上面这张图片是我从资料书中找来的,之前在群里也给大家手画过,这种碟式集热器主要是利用抛物线型的反射镜把平行于它对称轴上的光线聚集到它的交点处,将吸收器的主要部分吸热体放在它的焦点上,光—热的转化就形成,这里说的比较简略,我们的主要目的是分析它的能量损失(下面我都简称能损)。
三、能量损失
能损1 镜面的不完全反射
能损2 由于加工技术的局限性产生的镜面光学误差
能损3 方位误差,吸热体不是精准地位于焦点上
能损4 吸热体表面的反射
能损5 吸热体的长波辐射
能损6 吸热体的对流损失
我们主要改进的就是能损1与能损4,能损6在对能损1改进的基础上会有减少,这就是添加了黄色底纹的两项,其实我们主要进行改进的就是能损1(镜面的不完全反射),这一处的能量损失是非常要命的,下面谈到的内容都是关于这一出的能损的。
由于在可以用于集热器的各种反射镜中,聚光率一般为0.76到0.93,通过计算也就是说会有7%到24%的入射辐射会没有反射给吸热体,利用镜面的不完全反射导致的能量损失公式为Q=(1-ρ)Ibt*AR,(Ibt为镜面的直射辐射,AR为采光面积)也就是说及时利用了反射率最好的材料,0.93反射率的镀银特殊玻璃,那么浪费掉的辐射也会有如下:
一般采光面积为56.7m2,而太阳辐射强度采用热电系统中的1kw/m2,那么浪费掉的所能转换的热量有,(1-0.93)*1*1000*56.7=3969w,这相当于维持家用的一个LED灯半年的工作时间所需要的功率,很显然我们不可能利用0.93的镀银特殊玻璃,这样的话做出来了也不会达到经济上的“省”,那样就背离了产品的初衷,本来就是利用不需要经济的太阳能,那么也就不需要在此基础上用过量耗资,除非所能带来的能量特别的可观。
四、改进方法
一开始想通过改变这个反射镜的抛物线型来改变吸收光的面积进行能损的减少,也就是换一种形状,但是从产生到现在已经用了这麽多年了都没有改进那么说明这种碟式的形状是人们普遍适用的,也即是不需要消耗太多的经济的,(这个是洪老师给的意见),下面谈到的想法也是洪老师讲的,他的意思是把反射镜做成一面镜子、一面镜子这样的,这个想法是可行的,下面是一个大致的图像,把下面的外圈看作现在生活中的碟式集热器的边缘,换一种构成的方式就好比给它打碎成镜子一样,以这种方式,一片一片的镜子组合成一面反射镜,通过调整这些零散的反射镜来改变光的角度以此来增强反射。
五、下面改进的一些说明在这里简述一下:
1.我们把这种原先的抛物线型的碟式反射镜改成我们这种碎镜式的以后,我们所能减少的能损,Q=(1-ρ)Ibt*AR,材料依然用现在生活中的碟式的构成材料,也就是ρ保持不变,而Ibt(Ibt为镜面的直射辐射)是我们需要调整的,这种散碎之后的每一面反射镜就不需要刻意的去保持原来的抛物线性,通过调整把原来的吸收功率提高那便达到了我们的要求,而AR是一定要减少的,通过公式也看得出来,此项减少那么Q也会减少,其实这是一定的,就拿上面的采光面积来讲,56.7m2的采光面积,这个面积是都连在一起的,而我们这种设计,每一面反射镜之间都是会有空隙的,这会减少原料的使用,但是其中的一个难点就是如何调整这些镜面的角度以达到原来的吸光效率。如果能达到原来的吸光效率,那么材料省下的材料可以继续的增加上去,直到面积用完56.7m2,如此一来也就是同样的56.7m2,但是吸收光的效率就不一样了。而我们需要的是减少AR的大小,让保持面积在***与56.7m2之间即可,(***代表的是我们这种设计达到原来的集热器吸光效率所需要的采光面积)。
2.就是减少吸热体的对流的能损
当随着不断地吸收光照,吸热体也在不断地接受镜面反射过来的光照的时候,吸热体的环境温度必然会逐渐的高于环境的温度,而如此以来所形成的温差便会产生对流,造成能量的损失,现在生活中的碟式集热器好一点的还有盖层,可以减少风对对流损失的影响,其实利用盖层可以很大程度上减少吸热体的对流损失,但是盖层的反射以及产生透光率都会产生光学损失,Qc=Ua*Aa(T吸-T环),Ua:热损失系数,Aa:上面的采光面积,(保持面积在***与56.7m2之间)那Aa的减少也会带来因为对流所产生的能损。
3. 吸热体的反射所造成的能损,这一项是由于吸热体的反射率所决定的,也就是说和采用什么材料来做吸热体有关系,ρa=1-ɑ要知道换一种材料来做吸热体,目的是达到降低ρa,但是经济成本会提高,这样的话“花掉的成本”能不能理想化的降低ρa还是一个问题,因此我们不在这个上面做改变,由于吸热体反射所导致的能损:Qaρ=ρa*ρ*Ibt*Aa,Aa的减少那能损理论一定会减少,所以以上三个方面都和Aa的减少有关,而这也是我们现在所遇到的一个问题,就是怎样改变这些像网状一样的反射镜的面积,目前想的是通过调整反射的角度,这个不是说有多复杂,我们更不是学光学的专业的,但我们目前需要的是这样的一个调整的问题,当然也可以不调整角度,从每一面反射镜的形状上等来思考也可以。
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