[发明专利]一种太阳能集热器热性能测定系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及太阳能集热器热性能测定系统和测定方法，属于太阳能热发电与太阳能高温热利用技术检测领域。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，化石能源的大量应用造成了严重的环境污染问题，同时化石能源的有限储量使得其将在未来的数年内消费殆尽。因此，近年来可再生能源越来越受到人们的重视。其中的太阳能发电技术将低品位的太阳辐射转化成高品位的电能。太阳能发电分为太阳能光伏发电和太阳能热发电两种类型。其中太阳能热发电是先将太阳光通过聚光器聚焦成高热流密度的太阳能，然后用安装在其焦点上的太阳能集热器将该高热流密度的太阳能吸收变成高温蒸汽，继而推动汽轮机运转、发电。由于集热器内的吸热管具有较高的工作温度及吸热管表面选择性涂层具有一定的发射率，太阳能集热器在吸收高热流密度太阳辐射能的同时也向环境中传递一定的热能，形成集热器的热损失。该热损失和选择性涂层发射率的大小决定了集热器性能的优劣。

现有太阳能集热器热性能测定系统中，美国SANDIA国家实验室的测定系统文献所述，采用高温导热油加热集热器进行工作，集热器进出口的焓差为集热器的热损失，可以满足集热器热性能的测定要求，但是存在以下缺陷：

1.系统实现成本高，复杂，外形庞大、笨重；

2.系统必须安装在室外，很难实现稳定的环境风速；

3.导热油作为传热工质，具有毒性，接触空气易于燃烧，高温下易于分解、结焦，工作温度低于400℃；

4.热流体工作压力高，管路系统复杂，测定过程操作复杂，需要多个专门人员配合共同完成。

美国国家可再生能源实验室(NREL)和德国宇航中心(DLR)的测定系统采用内插多个电加热管作为加热源对集热器进行加热，吸热管内部的多个电加热器消耗的电功率之和为集热器的热损失，可以满足集热器热性能的测定要求，但也存在以下缺陷：

1.多个加热器分别需要一套温度控制系统，系统比较复杂；

2.多个温度控制系统需要将其所控制管段的温度均稳定在同一温度值，实现的难度比较大，完成一个工况点测量需要的时间比较长；

3.尽管所采用的温度传感器实现进行了标定，但由于电加热管加热功率不均匀造成的吸热管各段温度在轴向和圆周方向上分布不均，温度传感器布置位置、与吸热管壁接触紧密程度的不同，造成系统测定结果误差较大；

发明内容：

本发明的目的是提供一种测定速度快、工作温度高、结构简单的用于太阳能集热器的热性能测定系统和方法。具体技术方案如下：

一种太阳能集热器热性能测定系统包括太阳能集热器1、调压电源4、电流变送器5、电压变送器6、数据采集单元7、热电偶8、铂电阻9以及微型计算机11，太阳能集热器1由吸热管2、玻璃套管3和波纹管10构成，调压电源4的输出端通过电缆线分别连接在吸热管2的两端，电流变送器5串接在调压电源6和吸热管2之间，其输出信号线连接在数据采集单元7上，电压变送器6的两个输入端通过信号线分别连接在吸热管2两端与波纹管10的焊接处，其输出信号线连接在数据采集单元7上，热电偶8焊接在吸热管2的内壁上，其输出信号线连接在数据采集单元7上，铂电阻9置于环境中，固定在距离玻璃套管3之外1米处的环境中，其输出信号线连接在数据采集单元7上，数据采集单元7通过信号线与微型计算机11连接；调压电源4为吸热管2两端提供稳定电压，利用具有均匀电阻的吸热管的焦耳加热效应对太阳能集热器1进行加热，在吸热管2壁面圆周方向和轴向上产生均匀的温度场；电流变送器5测量流过吸热管2的电流并传送到数据采集单元7，电压变送器6测量两波纹管10与吸热管2焊接处之间的电压并传送到数据采集单元7，热电偶8测量吸热管2的内壁面温度并传送到数据采集单元7，铂电阻9测量环境温度并传送到数据采集单元7，数据采集单元7将采集到的温度、电流、电压信号传送给微型计算机11，微型计算机记录、保存温度、电流、电压数据。所述的太阳能集热器1为槽式太阳能热发电用的直通式太阳能集热器。

一种太阳能集热器热性能测定方法，基于由太阳能集热器，调压电源、电流变送器、电压变送器、热电偶、铂电阻、数据采集单元以及微型计算机组成的硬件平台，包括以下步骤：

(1)组装太阳能集热器热性能测定系统，对太阳能集热器两端部进行保温包裹；

(2)开启调压电源，将其输出电压设定为A伏特，对太阳能集热器两端部加载电压，利用具有均匀电阻的吸热管的焦耳加热效应对太阳能集热器进行加热，在吸热管壁面圆周方向和轴向上产生均匀的温度场；