线聚焦太阳能热电两级系统能流协同机制与换能强化研究

项目基于槽式线聚焦作用，通过研究提高系统电能转换效率，提升冷却太阳电池后工质的温位及改善系统中各种换能能流间的协同配合三种方法，实现聚光太阳能的高效热电综合利用。项目将建立包括热电联供级和工质再热级的两级实验系统，研究线聚焦能流下各种聚光太阳电池结构与温升、内阻及电能输出特性的关联关系，揭示不均匀聚能能流影响电池光电转换性能的机理，获得并优化线聚焦能流下聚光太阳电池光电转换特性。围绕腔体集热吸收器中"陷光"吸收、光热耦合转换，以及设计和制造中的相关基础科学问题研究无需真空工作条件、有望实现规模化应用的高效低成本一体化腔体集热吸收器结构形式及性能特征，获取满足线聚焦能流集热要求的金属腔体吸热膜层特性。在此基础上，研究两级系统中聚光太阳辐射能流、太阳电池光电转换能流、系统光热转换能流及冷却工质带走的热流之间的协同配合机制，改善系统中换能驱动力的均匀性以实现优化的系统能量综合利用。

项目采用频数统计法模拟了太阳能线聚光器焦面能流分布，模拟结果与实验结果一致。搭建聚光能流测量系统研究了线聚焦系统焦平面、不同离焦距平面及不同镜面开口宽度时焦平面的聚光能流分布和特征（平均能流值、不均匀度、峰值偏离度和能流利用率等）。研究了线聚焦系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响。实验研究聚光能流对空间太阳电池阵列和背接触电池阵列性能的影响。对于空间太阳电池，在聚光能流下，I-V曲线接近于直线，电池效率、填充因子迅速下降。在同一离焦面处，随着镜面开口宽度的减小，最大峰值能流减小，能流均匀性越好。对于背接触太阳电池阵列，离焦距为2cm的背接触电池阵列输出性能较其它离焦距下好。较大的聚光器开口宽度，可获得较大最大输出功率，但填充因子和电池效率下降。.建立了几种不同高宽比、截面为三角形的腔体吸收器模型，使用光学仿真软件TracePro分析了各模型的聚光能流分布。优化的接收器高宽比为4.75:4，椭圆形结构。实验测量了其不同入口温度、不同倾角下的热损系数及不同工质流量、不同直辐射下的瞬时效率。利用磁控溅射法制备了铝基底不锈钢-氮化铝选择性吸收膜，吸收率可达90.81%。.1.8m2热电联供级与15m2加热级两级系统中，PV/T级最高热效率56.2%，单次循环工质温度升高0.55℃；加热级最高热效率68.47%，单次循环工质温度升高9.03℃；系统最高电效率5.21%。对于1.8m2热电联供级与30m2加热级两级系统，PV/T级最高热效率45.97%，单次循环工质温度升高0.48℃；加热级最高热效率47.26%，单次循环工质温度升高12.06℃。在工质循环加热模式下，PV/T级热效率、加热级热效率、系统电效率分别为44.93%, 47.26%和2.06%。在工质循环工作模式下，系统的电热性能均逊于在单次流过工作模式下，但经过约半小时运行，储水箱内工质温度达到62.8℃。对系统的经济性能进行分析，系统产生的热能经济效益远大于电能经济效益，两级系统在直辐射比例高的地区更具优势。.通过项目实施，发表学术论文10篇，其中在SCI源期刊论文3篇，EI源期刊论文5篇，EI会议论文2篇，另有2篇论文已送审SCI源期刊；申请专利8项，其中发明专利4项审查中，实用新型专利4项已授权；培养博、硕士研究生6人；参加国际学术交流及会议3人次。项目任务书规定的研究内容及达到的技术、经济指标均按要求完成。