摘要
聚光光伏光热综合利用技术(C-PV/T)是一种具有代表性的太阳能利用技术，其实现了能量的梯级利用，并易于建筑结合，有着广阔的应用前景。聚光器不仅解决了光伏电池表面辐照强度过低的问题，同时也使系统出口处的水温得到了提高。本文对一种适用于PV/T热电联供技术的复合抛物面的结构进行设计，综合考量其光学性能与制造成本，设计了一种接收面上光线分布均匀且制造成本相对较低的WD-CPC，并对其进行了理论分析、仿真模拟以及实验测试，具体研究内容如下: (1)建立了地球辐照数学模型，模拟了任意时刻的晴朗天气的辐照，通过公式验证了北京昌平地区的太阳辐射情况（太阳高度角、方位角、天顶角、日出日落时间）。研究了一种确定截取后聚光比与截取比的设计方法。此外，得到了该设计方法下，CPC各个尺寸规格参数的计算公式。 (2)确定了CPC聚光器的最佳光线接收平面、最佳截取区间，在此基础上，综合考虑聚光器的光学性能与制造成本，确定了CPC聚光器的最佳截取比，设计了一种接收面上光线分布均匀且制造成本相对较低的WD-CPC。仿真结果表明，截取后聚光比为3的WD-CPC，接收面位置为28.0092mm，其接收面上的最大辐照强度为2616.9W/m2，最小辐照强度为1648.0W/m2，非均匀度为0.2272，该聚光器的高度为333.5mm，接收半角为42.89°;截取后聚光比为4的WD-CPC，接收面位置为18.0726mm，其接收面上的最大辐照强度为3712.3W/m2，最小辐照强度为2086.3W/m2，非均匀度为0.2804，该聚光器的高度为543.4mm，接收半角为35.35°。 (3)在WD-CPC的设计基础上，通过Lighttools仿真软件的灵敏度分析功能，对WD-CPC进行进一步优化，提出光线补偿方法，在WD-CPC下部加装光线补偿镜片，并将接收面位置下移，结果表明，对于截取后聚光比为3的WD-CPC，光线补偿镜片倾斜角度为0.44°，接收面位置为29.762mm，此时接收面上最大光强为2495.0W/m2，最小光强为1817.7W/m2，非均匀度为0.1570;对于截取后聚光比为4的WD-CPC，光线补偿镜片倾斜角度为4.10°，接收面位置为20.020mm，此时接收面上最大光强为3402.0W/m2，最小光强为2277.2W/m2，非均匀度为0.1980。 (4)搭建了聚光光伏光热(PV/T)热电联供实验平台，对聚光比为4，带光线补偿的WD-CPC进行了性能测试。实验性能测试中，在WD-CPC的最佳接收平面上，最大接收辐照为2587.2W/m2，最小接收辐照为1902.1W/m2，计算得到实际的非均匀度为0.153，测试结果与仿真结果具有一致性。
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