一種低倍聚光光伏光熱系統的熱電性能評估方法與流程

本發明屬于聚光光伏光熱綜合利用研究領域，涉及一種低倍聚光光伏光熱系統的熱電性能評估方法。

背景技術：

聚光系統在采集太陽能過程中，聚光器往往只能采集太陽直射輻射DNI，因此在對系統光電性能進行計算的時候，只考慮采集的太陽直射輻射DNI，即將太陽直射輻射作為分母進行電性能評估，比如標準IEC62108:2007與BS EN62108:2008在進行光電性能評估時，就只考慮太陽直射輻射DNI，標準IEEE1513-2001認為，若聚光器沒有利用散射，就不用考慮太陽散射輻射SDI，因此對于目前聚光系統光電性能評估，暫時沒有一個標準考慮SDI；但是有的聚光器，比如復合拋物面聚光器(CPC)，除了能夠采集DNI之外，還能夠部分采集SDI，Rabl A等在學術論文Design and test of non-evacuated solar collectors with compound parabolic concentrators里通過理論與實驗證明了CPC對SDI的采集效率為其幾何聚光比C的倒數；對于幾何聚光比小于10×的低聚光比范圍聚光器，根據魏進家等發明專利“一種平板接收型復合拋物面聚光器的設計方法”(專利號：ZL 201410160640.9)設計的消除復合拋物面多次反射形成單次反射聚光器(EMR)，Xie Huling等在學術論文Design and performance research on eliminating multiple reflections of solar radiation within compound parabolic concentrator(CPC)in hybrid CPV/T system里通過理論與實驗證明，EMR對SDI的采集效率也為其幾何聚光比C_EMR的倒數，對于EMR聚光的熱電聯產裝置，其光電性能評估也不能僅僅考慮太陽直射輻射DNI，還需考慮部分SDI，因此亟需一種對應方法來準確評估單次反射復合拋物面聚光器EMR聚光的熱電聯產裝置熱電性能。

技術實現要素：

針對EMR的聚光特性，本發明目的在于提供一種低倍聚光光伏光熱系統的熱電性能評估方法，能夠更加準確的評估單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置熱電輸出性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種低倍聚光光伏光熱系統的熱電性能評估方法，包括以下步驟：

1)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置產能分別為：產電功率P_e，產熱流量Φ_th；

2)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置對太陽輻射分類為：太陽總輻射、太陽直射輻射以及太陽散射輻射，且太陽總輻射由太陽直射輻射與太陽散射輻射組成；

3)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置對太陽輻射的測量值為：太陽總輻射表測量太陽總輻照度G_t，太陽散射輻射表測量太陽散射輻照度G_SDI，太陽直射輻照度G_DNI通過計算獲得；

4)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置包括太陽輻射測量儀器，太陽輻射測量儀器的安裝情況為：太陽總輻射表、太陽散射輻射表的采光面與消除多次反射獲得的單次反射復合拋物面聚光器的入射光孔始終保持平行；

5)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置采光面積為A_t，采集太陽總輻射通量Φ_t＝G_tA_t＝(G_DNI+G_SDI)A_t；

6)當產電功率P_e為最大功率且對應產熱流量為Φ_th時，單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的光電效率為：

η_e＝P_e/[(G_DNI+G_SDI/C_EMR)A_t]

其中，C_EMR為單次反射復合拋物面聚光器的幾何聚光比；

另外，單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的光電光熱總效率為：

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

得到單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的光電效率以及光電光熱總效率完成了熱電性能評估。

本發明進一步的改進在于，單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的組成部件還包括由上向下依次設置的消除多次反射獲得的單次反射復合拋物面聚光器、光伏組件、散熱器以及跟蹤器。

本發明進一步的改進在于，步驟3)中計算公式為：，計算公式為：G_DNI＝G_t-G_SDI。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

針對幾何聚光比小于10×的低聚光比范圍，單次反射復合拋物面聚光器能夠以其幾何聚光比倒數的效率采集太陽散射輻射，因此在對裝置進行電性能評估的時候，將單次反射復合拋物面聚光器幾何聚光比倒數與太陽散射輻照度乘積引入到電性能評估體系中，可實現更加準確評估裝置的電性能，另外，將太陽總輻射表與散射輻射表安裝在裝置中，跟隨裝置的跟蹤策略，由于余弦損失很小，亦可實現準確對單軸以及雙軸跟蹤策略的裝置進行熱電性能評估。本發明提供一種單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置熱電性能評估方法，能夠更加準確的評估單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置熱電輸出性能。

附圖說明

圖1為本發明單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

本發明中單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的結構見專利CN201520572668.3。

如圖1所示單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的示意圖。

本發明的評估步驟為：

1)參見圖1，單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的組成部件包括由上向下依次設置的消除多次反射獲得的單次反射復合拋物面聚光器(EMR)、光伏組件、散熱器以及跟蹤器；EMR聚光，光伏組件產電，散熱器產熱，跟蹤器引導整個裝置跟蹤太陽；

2)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置產能分別為：產電功率P_e，產熱流量Φ_th；

3)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置對太陽輻射分類為：太陽總輻射(TSI)、太陽直射輻射(DNI)以及太陽散射輻射(SDI)，存在關系式：TSI＝DNI+SDI，即太陽總輻射(TSI)由太陽直射輻射(DNI)與太陽散射輻射(SDI)組成；

4)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置對太陽輻射的測量儀器與測量值為：太陽總輻射表測量太陽總輻照度G_t，太陽散射輻射表測量太陽散射輻照度G_SDI，太陽直射輻照度G_DNI通過間接計算獲得，計算公式為：G_DNI＝G_t-G_SDI；

5)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置對太陽輻射測量儀器的安裝情況為：不管跟蹤器采用單軸跟蹤還是雙軸跟蹤策略，太陽總輻射表、太陽散射輻射表采光面與EMR的入射光孔始終保持平行。

6)單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置采光面積為At，采集太陽總輻射通量Φ_t＝G_tA_t＝(G_DNI+G_SDI)A_t；

7)當產電功率P_e為最大功率且對應產熱流量為Φ_th時，單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的光電效率為：

η_e＝P_e/[(G_DNI+G_SDI/C_EMR)A_t]

其中，C_EMR為單次反射復合拋物面聚光器EMR的幾何聚光比；

另外，單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的光電光熱總效率為：

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

得到單次反射復合拋物面聚光器聚光的熱電聯產裝置的光電效率以及光電光熱總效率完成了熱電性能評估。

本發明針對幾何聚光比小于10×的低聚光比范圍，單次反射復合拋物面聚光器能夠以其幾何聚光比倒數的效率采集太陽散射輻射，因此在對裝置進行電性能評估的時候，將單次反射復合拋物面聚光器幾何聚光比倒數與太陽散射輻照度乘積引入到電性能評估體系中，可實現更加準確評估裝置的電性能，另外，將太陽總輻射表與散射輻射表安裝在裝置中，跟隨裝置的跟蹤策略，由于余弦損失很小，亦可實現準確對單軸以及雙軸跟蹤策略的裝置進行熱電性能評估。