新型复合聚光太阳能光电光热综合利用系统关键问题研究

基于太阳能光电光热（PV/T）综合利用的思路，针对传统PV/T中光伏电池成本昂贵以及常见的聚光技术不易与建筑相结合的问题，创新性地将透镜折射与曲面反射聚光有机结合，提出了一种内壁透镜式复合抛物面聚光PV/T系统（LCPC-PV/T）。该系统可有效提高聚光比和接收角，大幅降低光伏电池用量和系统成本；另外，系统不需任何跟踪运动部件，可与建筑围护结构完全一体化，促进PV/T技术在建筑中的低成本、规模化推广应用。.本项目针对LCPC-PV/T 与建筑相结合的特点，用数值模拟和实验研究相结合的方法，对系统的复合聚光性能和光学结构优化；光电转换、光热转换、复合聚光三者之间的耦合关系及相互影响；LCPC-PV/T 系统全年性能模拟以及系统对建筑能耗的影响和经济性评估等问题进行研究，可为LCPC-PV/T的性能分析、结构优化及建筑应用提出指导性建议，具有重要的学术研究和工程应用价值。

本项目对新型复合聚光光伏光热系统中涉及的关键科学问题进行了研究。按照研究计划，设计了一种高效的非跟踪型聚光光伏系统。具体包括：利用全反射原理、折射原理与镜面反射原理相结合优化了非跟踪聚光器的光学性能；分析了LCPC最佳聚光比、截取比、旋转角等参数，光学效率可以达到80%以上；研制了不同聚光比的非跟踪聚光光伏模块，通过光线跟踪和实验研究对比了不同聚光器的光学效率和聚光光强分布；搭建了LCPC-PV/T实验和测试平台；建立了系统动态光学数学模型、电效率模型及热效率模型；通过模拟和实验对比的方法，完成了系统数学模型的验证；揭示了系统光、电、热三者直接的耦合关系；预测了不同参数及气候条件系统的输出性能等关键问题；项目研究成果可为非跟踪聚光光伏光热系统的性能分析和优化提供指导，对其他聚光型太阳能利用也有很好的参考价值。