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第32卷第2期 太阳能学报 V01．32，No．2 2011年2月 ACI．AENERGI^正SOIARISSⅡ仉CA Feb．．201l 关于管状CPC缝隙的相关问题的分析 余 雷，王 军，张耀明 (东南大学能源与环境学院太阳能技术研究中心，南京210096) 摘要：提出新v形cPC方法，并建立了曲线方程模型，从相对聚光比和缝隙效率上对该方法进行分析，利用光学 软件Traoepm运用光线追迹的方法对缝隙的相关问题进行模拟，分析各种缝隙处理方式所具有的优缺点以及缝隙 损失的计算公式，总结出如何根据缝隙的大小来选择缝隙的处理方式以及新V形法具有良好的应用价值。 关键词：CPc；管状；缝隙；新v形；光线追迹 中图分类号：粥13．1 文献标识码：A 了一种在不改变原曲线方程下将缝隙损失降到最小 0 引 言 的方法。 concen． paral甜ic 复合抛物面聚光器(C伽叫nd tmtor，简称为CPC)是根据边缘光学原理设计的非成 像聚光器，因无需跟踪而受到关注，许多学者对其进 娩晓 行了相关研究n。]。管状cPc在光热系统中的应用 a．减小接收管尺寸 b．截去尖角 最为广泛，但它在接收器与反光镜之间存在缝隙并 造成光能的损失，主要原因有：①为了避免热传递损 失，接收管不能与反射镜面相接触；②外聚光CPc的 玻璃管与接收管之间存在缝隙；③实际应用中吸收 晓晓 管的形状及安装位置与设计的情况有一些偏离，而 c．改变接收管的形状 d．圆管上移 且长期的重力作用会使得接收管发生形变，因而在 图l 4种缝隙处理方式 设计时要预留一定的缝隙裕量。 F0Ⅲkirlds0f删；tIlodstodeal 啦．1 w油ga]ps 文献[6。10]对缝隙的处理形式及缝隙效率等 相关问题进行了研究，计算出缝隙损失约为5％一 1 新V形CPC模型 20％，可见缝隙损失不可忽略。RablL61提出3种解决 留出缝隙的方案：①减小接收管尺寸；②水平截断尖 管状cPC剖面轮廓曲线含有渐开线段和曲线 角；③改变接收管的形状(见图1)，而在一些实际设 段，对于此类CPC的曲线形式主要有两种(如图2)， 计中常采用的是将接收管直接上移的方式(图1d)。 这些方法存在光能损失大、光学效率波动大等问题； renector的曲线方程，该曲线没有焦 程式并称为cusp McintireI 8’9]提出在渐开线尖角部分用w形或多V形点；另一类曲线为在一般平板cPc的基础上把底面 折面代替的方案，这种设计可以实现无光线通过缝 接收平板改为圆的渐开线集热器(ICC)，此类曲线的 隙，但要损失约15％的聚光比。文献[5]提出通过渐单边是抛物线的一段，所以会有焦点。本文分析缝 开线初始点前移，使得渐开线部分的尖端与圆管有 隙时采用的是第一类曲线，因为相对第二类曲线其 一定距离，此方法要改变整个曲线方程，而且缝隙效 在高度、聚光比、平均反射次数上都具有优势，被称 率波动较大。针对以上各种设计的缺点，本文提出 之为“理想”聚光器。 收稿日期：2009舶一16 基金项目：江苏省科技项目(B220嘴115；BE2008015；BZ200911