论文总字数：17552字

摘 要

随着传统能源的过度开发和环境污染，开发新能源和可再生清洁能源成为全世界面临的共同课题 。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源具有清洁性、灵活性、方便性等诸多优点。随着太阳能越来越受到重视，太阳能产品也逐渐出现在人们的生活中。

菲涅尔聚光器原理是通过使用多个平行排列或同轴排列的棱镜所形成的一序列不连续曲面以替代凹透镜或凸透镜的曲面，然后将太阳辐射反射至集热管吸收。

本篇论文的主要工作内容如下：

1 了解太阳和地球的位置关系，得到太阳方位角和高度角等与太阳位置有关的计算公式。

2 建立太阳光辐射的模型，主要是南京地区每月一日正午12时的太阳辐射模型。

3 利用soltrace软件模拟太阳辐射，针对实际使用中的端部损失问题提出二维跟踪的设想，即镜片的旋转之外，集热管也将实现南北移动。

4针对所设计的菲涅尔聚光器进行优化，比如对聚光器长度、镜片数、镜片长度、聚光器角度等的优化。

关键字：太阳能 菲涅尔 端部损失 soltrace

Dimensional tracking Fresnel solar collector roof Analysis and Design

Abstract

With over traditional energy development and environmental pollution, the development of new clean energy and renewable energy has become a common issue facing the world. Solar energy as an inexhaustible and renewable energy is clean, flexibility, convenience, and many other advantages. With more and more attention Solar, solar energy products are also emerging in people's lives.

Principle Fresnel prism is arranged in parallel by using a plurality of coaxially arranged or formed by a sequence of discontinuous convex or concave curved surface instead of the surface and then reflected to the solar radiation absorption collector tube.

The main contents of this paper are as follows:

1 understand the positional relationship between the sun and the earth, and the sun is calculated to obtain the location of the sun azimuth and elevation angle.

2 establish a model solar radiation, mainly solar radiation model in Nanjing month of December at 12 noon.

3 using the software simulation of the solar radiation proposed envisaged for the two-dimensional tracking of the actual losses of the end portion, i.e., outside the rotation of the lens, the collector tube is North-South movement.

4 optimized for the Fresnel condenser design, such as the length of the condenser, the number of lenses, the lens length of the condenser angle optimization.

Keywords: solar ；Fresnel ；end loss ；soltrace

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1太阳能研究背景与意义 1

1.2 国内外的研究 2

1.2.1菲涅尔透镜太阳能集热器 2

1.2.2菲涅尔反射镜太阳能聚光器 3

1.2.3屋顶式太阳能聚光器的研究 4

1.3跟踪式太阳能聚光器的研究 4

1.4 屋顶二维菲涅尔太阳能聚光器的研究 5

第二章 太阳辐射计算 6

2.1太阳位置 6

2.1.1太阳时角ω 6

2.1.2太阳偏角δ 6

2.1.3太阳高度角α 6

2.1.4太阳方位角γ 7

2.2 镜片位置 7

2.3 模拟计算 9

2.3.1 一月一日的相关计算 9

2.3.2其余天数的相关计算 10

第三章 菲涅尔聚光器软件模拟 12

3.1 soltrace软件简介 12

3.2 soltrace软件模拟 14

3.3端部损失 16

3.3.1端部损失计算 16

3.3.2 应对措施 17

第四章 菲涅尔集热器设计优化 19

4.1 集热管高度的优化 19

4.2菲涅尔聚光器长度的优化 20

4.3 反射镜片数的优化 22

4.4 聚光器角度的优化 24

第五章 论文总结 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1太阳能研究背景与意义

我国的能源总储存量在世界上只是中等水平，石油、天然气人均可采储量仅有世界平均水平的7.7%和7.1%，储量比较丰富的煤炭也只有世界平均水平的58.5%。而能源利用率更是只有33%，比国际平均水平低10%左右^[4]。中国能源利用率低下的主要原因是产业结构不合理、粗放型经济增长方式、能源管理水平低、工艺技术装备落后等。在全球144个国家和地区当中，中国的环境可持续发展指数位居世界的第129位^[5]。我国的环境容量的承受上线已经达到了极值，能源和环境的承载力对工业化发展的束缚，造成了我国的工业化几乎成为对能源的掠夺性利用，对环境的破坏性开发的恶性局面。生态环境在一手建设，一手破坏中已经脆弱不堪，为此寻找清洁而又廉价的能源成为当务之急。

开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题 。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源具有清洁性、灵活性、方便性等诸多优点。 1954 年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池,效率仅为4 % ^[1] ,后来经过改进,于1958年应用到美国的先锋1号人造卫星上 。由于价格昂贵,早期的太阳能电池只适合在空间应用。70年代后期太阳能电池进入地面应用 , 起初是用在航标灯、铁路信号等特殊场合, 后来逐渐发展到在防灾应急电源、微波通信中继站、石油、天然气管道保护系统和太阳能聚光器等应用中。可见太阳能在人类社会发展的历史上具有重要的意义。

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