太陽能模擬器的設(shè)計實驗研究

劉歡

摘? 要：太陽能的熱利用受時間、氣象、地域條件及實驗環(huán)境等條件影響較大，為此，該文提出了滿足高溫太陽能熱利用研究的太陽能模擬器的設(shè)計研究方案。該方案可根據(jù)實際研究需要，調(diào)節(jié)焦平面的大小和輻照強度，符合大面積太陽光匯聚后的太陽光輻照特性。該文著重描述了太陽能模擬器的核心組成部分——聚光系統(tǒng)的設(shè)計方案，同時設(shè)計了與之對應(yīng)的機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，實現(xiàn)焦平面大小及輻照度的調(diào)節(jié)功能，確保聚光系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：太陽能熱利用? 輻照強度? 聚光系統(tǒng)

中圖分類號：TM615 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0057-02

為減輕我國傳統(tǒng)化石能源儲量有限以及利用中的環(huán)境污染問題，太陽能正在日益得到重視[1]。但是自然界的太陽光在利用過程中受時間、氣象、地理位置等各個因素的影響較大，同時輻照強度很低[2-3]。為了得到不同環(huán)境條件下的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，突破地域、時間及氣象等條件限制，為數(shù)值仿真模擬提供參考，同時為仿真結(jié)果提供實驗校驗技術(shù)手段，該文設(shè)計了輻照強度較高的聚集式太陽能模擬器。

1? 設(shè)計方案

1.1 總體框架

該文設(shè)計的太陽能模擬器由氙燈、聚光部分、機械部分、氙燈電源、冷卻系統(tǒng)、UPS電源及數(shù)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。將7盞氙燈的光經(jīng)過高反射橢球鏡聚集于很小的區(qū)域內(nèi)，得到該區(qū)域內(nèi)高溫和高熱流密度的光源，來模擬集聚式太陽能光熱利用中的實際物理環(huán)境。

1.2 聚光系統(tǒng)及機械系統(tǒng)

該太陽能模擬器使用多個聚光單元，合成一個完整的聚光系統(tǒng)。每個聚光單元設(shè)置獨立的電控及冷卻系統(tǒng)，可以通過調(diào)節(jié)聚光單元的開啟數(shù)量得到不同輻照強度的光源。將各個聚光單元的光線匯聚到一起，得到更高的溫度和更強的輻照度。

太陽能模擬器機械系統(tǒng)主要包括：聚光鏡及氙燈連接裝置、底座和外機殼。將氙燈及聚光鏡連接在一起，并使得聚光鏡的焦點與氙燈的發(fā)光中心重疊。連接部件的微調(diào)裝置可防止氙燈發(fā)光中心發(fā)生偏移。

1.3 控制系統(tǒng)

太陽能模擬器的控制系統(tǒng)包括焦平面大小調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、氙燈開關(guān)及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷卻控制系統(tǒng)和系統(tǒng)斷電保護系統(tǒng)。焦平面大小調(diào)節(jié)系統(tǒng)可控制焦平面的大小，向系統(tǒng)輸入所需的焦平面大小數(shù)值，系統(tǒng)會自動按照焦平面和聚光單元之間位移關(guān)系，控制電機導(dǎo)軌移動相應(yīng)的距離。氙燈開關(guān)及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實現(xiàn)控制室內(nèi)自動觸發(fā)氙燈并調(diào)節(jié)其功率。

2? 結(jié)語

氣象、時間、地理條件及實驗環(huán)境等對太陽能熱利用的研究影響較大，為此，該文設(shè)計了可調(diào)節(jié)輻照強度的太陽能模擬器，以滿足太陽能熱利用的研究需要。該太陽能模擬器符合大面積太陽光匯聚的太陽光輻照特性，并可根據(jù)實際研究需求調(diào)節(jié)焦平面大小及焦平面輻照強度。該設(shè)計方案可為我國太陽能熱利用的研究提供穩(wěn)定可靠的實驗平臺。

參考文獻(xiàn)

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