太陽能模擬器的設計實驗研究

劉歡

摘? 要：太陽能的熱利用受時間、氣象、地域條件及實驗環境等條件影響較大，為此，該文提出了滿足高溫太陽能熱利用研究的太陽能模擬器的設計研究方案。該方案可根據實際研究需要，調節焦平面的大小和輻照強度，符合大面積太陽光匯聚后的太陽光輻照特性。該文著重描述了太陽能模擬器的核心組成部分——聚光系統的設計方案，同時設計了與之對應的機械系統、控制系統，實現焦平面大小及輻照度的調節功能，確保聚光系統的安全穩定運行。

關鍵詞：太陽能熱利用? 輻照強度? 聚光系統

中圖分類號：TM615 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0057-02

為減輕我國傳統化石能源儲量有限以及利用中的環境污染問題，太陽能正在日益得到重視[1]。但是自然界的太陽光在利用過程中受時間、氣象、地理位置等各個因素的影響較大，同時輻照強度很低[2-3]。為了得到不同環境條件下的基準數據，突破地域、時間及氣象等條件限制，為數值仿真模擬提供參考，同時為仿真結果提供實驗校驗技術手段，該文設計了輻照強度較高的聚集式太陽能模擬器。

1? 設計方案

1.1 總體框架

該文設計的太陽能模擬器由氙燈、聚光部分、機械部分、氙燈電源、冷卻系統、UPS電源及數控系統組成，如圖1所示。將7盞氙燈的光經過高反射橢球鏡聚集于很小的區域內，得到該區域內高溫和高熱流密度的光源，來模擬集聚式太陽能光熱利用中的實際物理環境。

1.2 聚光系統及機械系統

該太陽能模擬器使用多個聚光單元，合成一個完整的聚光系統。每個聚光單元設置獨立的電控及冷卻系統，可以通過調節聚光單元的開啟數量得到不同輻照強度的光源。將各個聚光單元的光線匯聚到一起，得到更高的溫度和更強的輻照度。

太陽能模擬器機械系統主要包括：聚光鏡及氙燈連接裝置、底座和外機殼。將氙燈及聚光鏡連接在一起，并使得聚光鏡的焦點與氙燈的發光中心重疊。連接部件的微調裝置可防止氙燈發光中心發生偏移。

1.3 控制系統

太陽能模擬器的控制系統包括焦平面大小調節控制系統、氙燈開關及功率調節系統、冷卻控制系統和系統斷電保護系統。焦平面大小調節系統可控制焦平面的大小，向系統輸入所需的焦平面大小數值，系統會自動按照焦平面和聚光單元之間位移關系，控制電機導軌移動相應的距離。氙燈開關及功率調節系統可實現控制室內自動觸發氙燈并調節其功率。

2? 結語

氣象、時間、地理條件及實驗環境等對太陽能熱利用的研究影響較大，為此，該文設計了可調節輻照強度的太陽能模擬器，以滿足太陽能熱利用的研究需要。該太陽能模擬器符合大面積太陽光匯聚的太陽光輻照特性，并可根據實際研究需求調節焦平面大小及焦平面輻照強度。該設計方案可為我國太陽能熱利用的研究提供穩定可靠的實驗平臺。

參考文獻

[1] 袁建麗，林汝謀，金紅光，等.太陽能熱發電系統與分類（1）[J].太陽能，2007（4）：30-33.

[2] 徐明，祝雪妹.聚光式太陽能熱發電技術的現狀及發展趨勢[J].南京師范大學學報：工程技術版，2011.11（1）：27-32.

[3] 胡忠文，張明鋒，鄭繼華.太陽能發電研究綜述[J].能源研究與管理，2011（1）：14-16.

[4] 杜景龍.碟式斯特林太陽熱發電系統太陽模擬器的設計與實驗研究[D].中國科學院研究生院：工程熱物理研究所，2011.

[5] G. Manzolini， M. Bellarmino.Solar thermodynamic plants for cogenerativeindustrial applications in southern Europe[J].Renewable Energy，2011（36）：235-243.

[6] 李子衿.高輻照度太陽能模擬器的設計與實驗研究[D].華北電力大學，2014.