一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法技术

本发明专利技术提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，通过在非聚焦和聚焦状态下分别进行测量，可在现场直接测得槽式太阳能集热器的各项能量损失。本发明专利技术避免依靠局部光学效率表征集热器整体光学效率产生的误差对光学损失的计算结果准确性造成影响，测量准确性高；其无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定；通过交换“前端”与“后端”集热器的相对位置，现场测量集热器回路中其他集热器的光热损失，灵活便利，功能多样，还可以方便地测定整个集热器回路的光热损失，提高了适应性和灵活性。

A method for measuring the solar thermal loss of the trough solar collector

The present invention provides a method for the determination of the trough solar collector heat loss, the measured under non focusing condition, directly measured trough type solar collector of the energy loss in the field. The invention avoids affecting the accuracy of error depends on local optical efficiency characterization of collector overall optical efficiency caused by the calculation results of optical loss, measurement accuracy is high; its use without additional optical equipment or other tracking to build a two-dimensional heat collecting unit, wider adaptability, lower cost, higher flexibility, suitable for field measurement; through the exchange of \front\ and \back\ collector relative position measurement collector circuit in other collector heat loss, flexible and convenient, versatile, and can be easily determined the collector loop heat loss, improve the adaptability and flexibility.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能光-热利用
，更具体地涉及一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法。
技术介绍
能源问题关系国计民生，是目前我国社会经济高速健康发展的主要制约因素，而对于太阳能的合理有效利用，是有望成为解决这一问题的重要手段之一。目前，抛物面槽式太阳能热发电技术是目前最为成熟，商业化程度最高的聚光太阳能热发电技术。槽式太阳能集热场集热效率较低，导热油高温分解对于过热蒸汽参数的限制是槽式太阳能目前的主要技术瓶颈。槽式太阳能聚光集热过程中的能量损失主要包括：余弦损失、光学损失、散热损失以及端部和遮挡损失等。其中余弦损失、端部损失可通过几何关系计算得出，但是散热损失和光学损失却难以在实际计算中分别得到，这限制了对集热器的性能的进一步的了解，也阻碍了对集热器集热性能进行针对性的改进。现有的光学损失测定方法主要有两种：第一种方法需在所测量的集热器附近搭建二维跟踪的集热单元。利用二维跟踪消除余弦损失和端部损失，单独搭建则消除了遮挡损失。在相同天气条件下，固定导热油流量，测量不同导热油与环境温度的温差ΔTamb对应的集热效率η。根据所测得数据点拟合ΔT～η关系式，外推得到ΔT为零时对应的集热效率η，该集热效率就是所搭建二维跟踪集热单元的光学效率，并认为该光学效率也是整个集热场的光学效率ηoptica，。以此光学效率为准，便可在实际计算中将散热损失和光学损失分别计算得出。此方法利用避免了余弦损失等其他损失的干扰，同时还可以用来测试不同集热管和集热镜组合的光学效率。但是此法中所测得的二维跟踪集热单元的光学效率不能完全等价于现场集热器的光学效率；并且单纯为集热器光学效率测定而搭建二维跟踪测试的平台成本较高，故此方法仅仅适用于试验阶段的光学性能及各项损失的测定并不适合于现场测量。第二种方法主要针对于已经搭建完成并处于安装调试阶段的槽式太阳能集热器的光学损失的测定，槽式太阳能集热器光学效率可以表示为：ηopt＝ργτα·IAM。其中，ρ为槽式聚光镜的反射率；γ为截断因子，定义为经聚光镜反射的太阳直射辐射被接收器接收的百分比；τ为玻璃套管的透射率；α为集热管上选择性吸收涂层的吸收率；IAM为入射角修正系数，表示入射到聚光镜的太阳光偏离垂直入射的程度。以此公式为基准，分别测算各项数值；同时考虑到聚光器的结构特点，在所测量的集热器中选取特定区域，测量集热器在支架和镜面安装过程存在的安装偏差，集热管和聚光镜的清洁程度，同时考虑跟踪误差等其他影响集热器光学性能的因素，综合计算得到集热器的光学效率，并进而分别得到集热器的光学损失和散热损失。这种方法比起第一种方法更为直接，测量成本更低；但是该方法只能测量集热器局部的光学效率的数值，而有限的几个局部的光学效率并不能完全代表集热器的光学效率；同时影响集热器的光学性能的因素较为复杂，实际测量过程中很难将所有因素完全考虑进去并进行准确的测定。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术问题，本专利技术提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法。(二)技术方案本专利技术提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，包括：步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数；步骤B：由所述待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；步骤C：改变待测槽式太阳能集热器的工质进口温度，重复步骤A～B，得到一系列待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差、以及与所述温差对应的待测槽式太阳能集热器的散热量，对所述温差和散热量进行拟合，得到所述温差和散热量的关系式；步骤D：记录待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，根据所述聚焦状态参数以及所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失；步骤E：根据所述聚焦状态参数得到待测槽式太阳能集热器的余弦损失和端部损失，根据计算得到的余弦损失、端部损失和散热损失计算得到待测槽式太阳能集热器的光学损失，并计算得到待测槽式太阳能集热器的光学效率。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法具有以下有益效果：(1)可在现场直接测得槽式太阳能集热器的各项能量损失，避免依靠局部光学效率表征集热器整体光学效率产生的误差对光学损失的计算结果准确性造成影响，测量准确性高；(2)其无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，仅依靠集热回路自身部件配合就可完成测定，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定；(3)通过交换“前端”与“后端”集热器的相对位置，现场测量集热器回路中不同位置处的其他集热器的光热损失，灵活便利，功能多样，不仅可以测定单个槽式太阳能集热器的光热损失，还可以方便地测定多个槽式太阳能集热器或整个集热器回路的光热损失，提高了适应性和灵活性。附图说明图1为本专利技术实施例的现场测定方法的槽式太阳能集热镜场示意图；图2为本专利技术实施例的集热器散热量Qloss_heat和集热管外壁温同环境温度间温差ΔTamb的拟合结果示意图；图3为本专利技术实施例的槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法流程图。符号说明10-槽式太阳能集热镜场；11-1#集热器；12-2#集热器；13-3#集热器；14-4#集热器。具体实施方式根据能量守恒，当槽式太阳能集热器处于稳态时，集热场能量关系式如式(1)：Qrec＝Qabs+Qloss_end+Qloss_cos+Qloss_heat+Qloss_opt (1)其中，Qrec为集热器接收的太阳直射辐射总量，Qabs为集热器的聚光集热量，Qloss_cos为集热器的余弦损失，Qloss_end为集热器的端部损失，Qloss_heat为集热器的散热损失，Qloss_opt为集热器的光学损失。由于光学效率难以测定和环境条件的复杂性，Qloss_heat和Qloss_opt在测算过程中难以区分。本专利技术提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，采用以下步骤分别得到散热损失和光学损失，进而得到槽式太阳能集热器的光学效率。步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数。具体地，在步骤A中，对前端的槽式太阳能集热器进行聚焦集热，待测槽式太阳能集热器不进行聚焦集热，升温后的工质由前端的槽式太阳能集热器流入待测槽式太阳能集热器并对环境进行散热，当达到热平衡条件时，记录待测槽式太阳能集热器的工质进口温度工质出口温度工质质量流量及环境温度Tamb；其中，可以根据实际测试环境，将前端的槽式太阳能集热器设置为一个或多个槽式太阳能集热器，只要与待测槽式太阳能集热器组成集热器回路即可。由此可见，本专利技术的方法无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，仅依靠集热回路自身部件配合就可完成测定，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定。步骤B：由待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差。步骤B包括：子步骤B1：计算待测槽式太阳能集热器的散热量Qloss_heat，计算公式如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，其特征在于，包括：步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数；步骤B：由所述待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；步骤C：改变待测槽式太阳能集热器的工质进口温度，重复步骤A～B，得到一系列待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差、以及与所述温差对应的待测槽式太阳能集热器的散热量，对所述温差和散热量进行拟合，得到所述温差和散热量的关系式；步骤D：记录待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，根据所述聚焦状态参数以及所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失；步骤E：根据所述聚焦状态参数得到待测槽式太阳能集热器的余弦损失和端部损失，根据计算得到的余弦损失、端部损失和散热损失计算得到待测槽式太阳能集热器的光学损失，并计算得到待测槽式太阳能集热器的光学效率。

【技术特征摘要】
1.一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，其特征在于，包括：步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数；步骤B：由所述待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；步骤C：改变待测槽式太阳能集热器的工质进口温度，重复步骤A～B，得到一系列待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差、以及与所述温差对应的待测槽式太阳能集热器的散热量，对所述温差和散热量进行拟合，得到所述温差和散热量的关系式；步骤D：记录待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，根据所述聚焦状态参数以及所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失；步骤E：根据所述聚焦状态参数得到待测槽式太阳能集热器的余弦损失和端部损失，根据计算得到的余弦损失、端部损失和散热损失计算得到待测槽式太阳能集热器的光学损失，并计算得到待测槽式太阳能集热器的光学效率。2.如权利要求1所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤A包括：对前端的槽式太阳能集热器进行聚焦集热，待测槽式太阳能集热器不进行聚焦集热，升温后的工质由前端的槽式太阳能集热器流入待测槽式太阳能集热器并对环境进行散热，当达到热平衡条件时，记录待测槽式太阳能集热器非聚焦状态的工质进口温度工质出口温度工质质量流量及环境温度Tamb。3.如权利要求2所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤B包括：子步骤B1：计算待测槽式太阳能集热器的散热量Qloss_heat，计算公式如式(2)： Q l o s s _ h e a t = m · n f c p ( T i n n f - T o u t n f ) - - - ( 2 ) ]]>其中，为非聚焦状态的工质质量流量；cp为工质的比热容；子步骤B2：待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差ΔTamb如式(3)： ΔT a m b = T t u b e _ i n - Q l o s s _ h e a t l n ( D t u b e _ o u t / D t u b e _ i n ) 2 πk t u b e L - T a m b - - - ( 3 ) ]]>其中，Dtube_in和Dtube_out分别为待测槽式太阳能集热器的集热管的内外径；ktube为集热管管壁的导热系数；Tamb为非聚焦状态的环境温度；L为待测槽式太阳能集热器的长度；Qloss_heat为待测槽式太阳能集热器的散热量；Ttube_in为集热管内壁温度，其根据式(4)迭代计算得到： T t u b e _ i n = 0.5 ( T i n n f + T o u t n f ) - Q l o s s _ h e a t πNu D t u b e _ i n k H T F L - - - ( 4 ) ]]>kHTF为工质的导热系数；和为非聚焦状态的的工质进口温度和工质出口温度；为基于集热管内壁的Nu数。4.如权利要求1所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤D包括：子步骤D1：在同步骤A～C相近的天气条件以及无排间遮挡的条件下，待测槽式太阳能集热器进行聚焦集热，记录时间t、当地经度、当地纬度、待测槽式太阳能集热器方位角、待测槽式太阳能集热器开口宽度W及长度L、太阳直射辐射强度DNI、待测槽式太阳能集热器聚焦状态的工质进口温度工质出口温度工质质量流量和环境温度Tamb；子步骤D2：计算待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量；子步骤D3：待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；子步骤D4：根据所述步骤C的所述温差和散热量的关系式，将待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差代入所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失。5.如权利要求4所述的现场测定方法，其特征在于，所述子步骤D2中，待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量为： Q a b s = m · f c p ( T o u t ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杰，王瑞林，洪慧，刘启斌，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11