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全息太阳能集光器

发布日期:2017-08-21 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 2190 作者:[db:作者]

核心提示:  如今,太阳能热水器已经进入了人们生活领域,这对于能源的开发和利用,环境保护以及经济开支等方面都有着极大的意义和价值。纵观我国现行的各家厂商所生产的太阳能热水器,其吸采太阳能的方式多是采用平板型的集

  如今,太阳能热水器已经进入了人们生活领域,这对于能源的开发和利用,环境保护以及经济开支等方面都有着极大的意义和价值。纵观我国现行的各家厂商所生产的太阳能热水器,其吸采太阳能的方式多是采用平板型的集光板,美中不足的是它的光热转换效率低。因此,国内外不少专家、工程师都在进一步研究,以提高这种类型太阳能热水器的性能和转换效率。

  要进一步提高太阳能热水器的转换效率,笔者认为,使用全息太阳能集光器是极为有效的一种途径。

  2全息太阳能集光器的原理全息太阳能集光器,是全息记录材料在太阳能利用方面的应用。上个世纪80年代初期,美国和前苏联等国的一些光学专家提出了一种全息元件实现太阳光线会聚的设想,随后经美国、德国、法国、比利时及前苏联等国家的光学科学家进一步研究,在全息的理论和实践上都取得了成果。

  全息太阳能集光器的理论依据是:非均匀性理论布喇格一李谱曼反射全息图的理论。在1982― 1985年期间,美国国家技术系统(NationapTechincalSystems,简称NTS)的TomaszJannson和JoannaJannson等人在美国能源部(DOE)的资助下,对全息太阳能集光器进行研究,他们发现实现这种方案关键在于对布喇格型全息图的折射率调制度和光栅间距非均匀性的控制。因此,他们从kegelnik的耦合波理论出发,从理量的试验,提出了实际可行的全息太阳能集光器等的设计方案。本文暂略去对此理论详细的分析,而重于介绍集光器的全息集光机理。

  把太阳能直接转换成电能的系统有两种,一种是平板型;一种是聚光型。平板型是把太阳能电池排成一平面阵列,接收散射或直射的太阳光。它的优点是结构简单主要缺点是面积大,转化效率低。聚光型是通过光学系统把太阳光聚集小面积的光电池上,此聚集的阳光的强度数百倍的提高,并且通过分色元件使不同的光电池与太阳光谱的不同波段相匹配。显然,聚光型的转换效率可以达到很高,但是,由传统的光学系统(透镜、棱镜、平面镜等)实现聚焦和分色,其成本也相当高。

  由于全息元件兼有会聚和色散功能,用它来实现聚光型太阳能转换系统,其成本将大大地降低。根据反射型全息元件的特性,全息太阳能聚光器可以分为Aam,平面镜反射B透射型LC反射透镜混合型聚光反射A光电转换型(PV)型B热能利用型(T型)(2)按接收器类型分U热光电混合型(TPV型)所示一种PV反射透射混合型全息太阳能集光器,它由两层全息图组成,上面一层相当于一个凹面反射镜,把与光光电池(/电池A匹配的光谱成份反射聚焦于A上;下面一层相当于一个会聚透镜,把与光电池B匹配的光谱成份透射聚焦于B上,实现光电转换。

  所示为一种TPV型全息太阳能集光器,全息图将可见光部分聚焦为蓝、绿、红三个空间上分开的光斑,每个光斑与三个不同材料制成的光电池阵列相匹配,太阳光的热红外光谱成份透射聚集到一个光热转换接收器上。显然,此种热光电混合型的集光器,作为太阳能热水器的集光器最为理想。

  TPV型全息太阳能集光器示意图一是太阳光的红外光谱成份透射聚集到热水器的吸热水管上,热能使管内的水温上升,在相同面积的采光器,作为聚光型太阳能转换系统其转换效率将比平面型的集光器大大提高;另外,全息图将可见光部分聚焦为蓝、绿、红三个空间分开的光斑,匹配以相适应的光电池,将电能利用或贮存(蓄电池)以解决夜间或阴天无阳光照射时加热使水温升高或保温之用。

  可见,如果使用全息太阳能集光器,除了直接利用透射的太阳光的热红外光谱成份的能量,还可利用其可见光光谱成份的能量。

  3应用前景可以预见,只要进一步解决诸如基底材料、感光材料、保护材料的环境适应性,大批量生产的工艺性、成本等问题,全息太阳能集光器将能进入实用性阶段。将其作为太阳能热水器的集光器将会使得光热转化效率大大提高。自然,全息太阳能集光器还可能应用于更多的领域。

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