[发明专利]一种太阳能碟式聚光器聚光性能测试方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚光性能测试方法及测试装置，特别涉及太阳能碟式聚光器聚光性能测试方法与装置。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，在化石燃料逐年减少、国际能源形势日趋严峻的今天，开发利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。太阳能碟式发电装置基本原理是利用曲面反光镜将太阳光反射到接收器上，由于采用两轴跟踪方式，可时刻高效率地跟踪太阳运动，具有很高的光学效率，可实现高聚光比聚光从而获得高热流密度，加热发电工质驱动发电机组产生电能或加热反应器产生化学能。围绕此项技术已进行了诸多研究，主要集中在美国、西班牙、德国、以色列、澳大利亚、韩国及中国等。准确测量碟式聚光器聚光焦平面上的热流密度，对吸热器或反应器的设计与运行至关重要。目前测试太阳能聚光辐射能流的方法主要有直接测量方法和间接测量方法，其中直接测试方法采用若干热流传感器直接测量太阳能聚光焦平面处的热流密度，在高热流密度情形下需要对热流传感器进行冷却，由于采用逐点测试，不能准确测得热流密度的分布；为了克服这个不足，产生了间接测量方法，测试系统由CCD相机和具有全漫反射特性的朗泊靶组成，通过CCD相机对朗泊靶表面进行拍摄，获得的图像信息与直接测量方法获得的热流密度测量结果进行对比获得图像的灰度值特征与投入辐射能量的对应关系，通过数学方法反演出朗泊靶上的热流密度分布。如西班牙专利EP 1538429 A2公开了一种移动靶式的吸热器表面热流密度间接测量方法，可方便测量吸热器表面的热流密度分布，其测试结果通过直接测量方法实时加以校验。美国专利US200902500521A1公开了一种利用CCD相机拍摄吸热器表面图像，通过分析图像灰度值的分布间接获得吸热器表面的热流密度分布。碟式聚光器聚光焦平面上的热流密度较高，可以采用有冷却装置的固定朗泊靶或快速移动朗泊靶加以间接测量，但由于聚光焦平面面积通常都较小，而间接测量的方法系统较为复杂，实施难度较大。

发明内容

本发明提出一种测量碟式聚光器聚光焦平面上光学聚光比分布的方法，并设计一套测试装置，布置有限的热流传感器，分时段测量有限点处热流密度和当地太阳法向直射辐照度，通过测量点热流密度与当地太阳法向直射辐照度的比值获得测试点处处随时间变化的的光学聚光比，采用测试时间间隔内对随时间变化的光学聚光比的积分平均方法，去除光学聚光比随时间的变化，获得测量点的光学聚光比，调整热流传感器的位置，获得碟式聚光器聚光焦平面上多个测量点的光学聚光比，结合数学插值算法，可以获得碟式聚光器聚光焦平面上任意点的光学聚光比。这种通过直接测量碟式聚光器聚光焦平面上热流密度分布的方法，可实现对碟式聚光器聚光性能的测试与评价。本发明的碟式聚光器性能测试装置，以水冷式热流传感器为测试元件，耐火材料板为热流传感器的安装基板，以太阳直射辐射表测量太阳能法向直射辐射值，利用数据采集仪实时获取热流密度和太阳能法向直射辐照度数据。

本发明测试方法的原理如下：

碟式聚光器可以实现对太阳光线的高效跟踪，在理想反射面、理想跟踪情况下，聚光焦平面上热流密度的分布相对值不随太阳位置变化而变化，其热流密度的大小仅与碟式聚光器所在地的太阳法向直射辐照度有关，对于给定的碟式聚光器，其热流密度分布保持不变。在聚光焦平面的二维坐标系内，碟式聚光器聚光焦平面上热流密度分布函数可以表示为：

q(x，y，τ)＝DNI(τ)C(x，y)       (1)

式中x，y为碟式聚光器聚光焦平面二维坐标系内的坐标变量，τ表示时间，DNI(τ)为随时间变化的当地太阳法向直射辐照度，C(x，y)为碟式聚光器聚光焦平面上光学聚光比在几何坐标(x，y)上的值，对于准确跟踪的碟式聚光器，任意几何坐标点(x，y)上的光学聚光比C(x，y)不随时间变化。

在碟式聚光器的实际运行中，由于受跟踪精度和环境风速的影响，对于碟式聚光器聚光焦平面上某个几何坐标(x，y)，其光学聚光比是随时间变化的，本发明的测试装置采用热流传感器直接测量多个测点的瞬时热流密度值，测得几何坐标(x，y)上瞬时光学聚光比C(x，y，τ)，其表达式如式(2)：