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摘 要

在收集能源的过程中，需考虑环境因素的影响，传统意义上的太阳能光热光伏一体化聚光器由于体积较大,结构较为复杂等原因，无法适应一些环境。

为适应不同应用场合的需要，微型太阳能聚光器可与建筑组建为一体，很大程度上增强了太阳能光热光伏一体化聚光器的应用范围。研究微型太阳能光热光伏一体化聚光器具有重要的意义及的影响。本课题主要研究基于菲涅尔透镜的微型太阳能光热光伏一体化聚光器，在研究的过程中使用性价比较高的菲涅尔透镜，以得到更高的集热效率和光电转换效率。

研究过程中，运用软件模拟，参照其他优秀文献的理论及方法，进而对本课题进行设计及优化，设计过程中先根据光学设计优化后的模型设计出适合本课题的热力学模型，然后利用Photoshop绘制能量的传递模型，由传热学公式，通过Excel进行小型计算，得到基础参数，再由MATLAB进行热力学公式的复杂计算，最后将计算出来的数据用Origin进行作图，对图像进行分析，探究不同变量对集热效率的影响。最后进行系统优化及经济评价，就该系统的经济效益及可行性进行分析和验证。最后，分析总结部分的内容并进行展望。

关键词：菲涅尔透镜；光热；光伏；聚光器

Abstract

In the process of energy collection, the influence of environmental factors must be taken into account. Traditionally, solar energy, thermal and photovoltaic integrated concentrators cannot adapt to some environments because of their large size and complicated structure.

In order to meet the needs of different applications, micro solar concentrators can be integrated with buildings, which greatly enhances the application range of solar thermal photovoltaic integrated concentrators. Researching micro solar thermal photovoltaic integrated concentrator has important significance and influence. This topic mainly focused on micro-solar photothermal photovoltaic integrated concentrators based on Fresnel lenses. In the process of research, Fresnel lenses with higher cost performance were used to obtain higher collection efficiency and photoelectric conversion efficiency.

During the research process, using software simulation, refered to the theory and methods of other excellent literature, and then designed and optimized the subject. In the design process, the thermodynamic model suitable for the subject was first designed according to the optimized optical design model, and then the energy was drawn using Photoshop. The transfer model, from the heat transfer formula, through Excel for small calculations, to got the basic parameters, and then by MATLAB for the complex calculation of thermodynamic formulas, and finally the calculated data using Origin for mapping, image analysis, to explore different variables Impact on heat collection efficiency. Finally, system optimization and economic evaluation were performed to analyze and verify the economic benefits and feasibility of the system. Finally, analyzed and summarized some of the contents and looked ahead.

KeyWords: Fresnel lens; photothermal; photovoltaic; concentrator

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外能源发展背景 1

1.3国内外聚光器的历史及发展 1

1.4 研究微型太阳能聚光器的意义 4

第二章 微型太阳能聚光器原理 5

2.1.选用微型聚光器的意义 5

2.2．微型太阳能聚光器工作原理 5

2.3．微型太阳能聚光器的结构及参数 5

第三章 微型太阳能聚光器热力学模型 7

3.1引言 7

3.2 系统传热模型分析 7

3.2.1菲涅尔透镜与集热管之间热传递 7

3.2.2集热管与工质之间的热传递 8

3.3光电转换过程分析 9

3.4效率分析及计算 9

3.4.1热效率计算 9

3.4.2光电转换效率计算 10

3.4.3系统总效率计算 10

第四章 热力学性能计算及分析 11

4.1 引言 11

4.2太阳光辐照度（）为变量 11

4.2.1 菲涅尔透镜和集热管温度随太阳光辐照度变化曲线 11

4.2.2 系统热效率随太阳管辐照度的变化曲线 11

4.2.3 热效率随菲涅尔透镜与集热管温差改变的变化曲线 12

4.3集热管表面涂层吸收率（α_s）为变量 13

4.3.1 菲涅尔透镜和集热管温度随涂层吸收率的变化曲线 13

4.3.2 系统热效率随集热管表面涂层吸收率的变化曲线 14

4.3.3热效率随菲涅尔透镜与集热管温差改变的变化曲线 14

4.4 质量流率（）为变量 15

4.4.1 菲涅尔透镜和集热管温度随涂层吸收率的变化曲线 16

4.4.2 系统热效率随质量流率的变化曲线 16

4.4.3 热效率随菲涅尔透镜与集热管温差改变的变化曲线 17

4.5 集热管表面涂层发射率（）为变量 18

4.5.1 菲涅尔透镜和集热管温度随涂层发射率的变化曲线 18

4.5.2 系统热效率随集热管表面涂层发射率的变化曲线 19

4.5.3热效率随菲涅尔透镜与集热管温差改变的变化曲线 20

4.6 菲涅尔透镜吸收率（）为变量 21

4.6.1 菲涅尔透镜和集热管温度随菲涅尔透镜吸收率的变化曲线 21

4.6.2 系统热效率随菲涅尔透镜吸收率的变化曲线 21

4.6.3 热效率随菲涅尔透镜与集热管温差改变的变化曲线 22

4.7 优化及总效率分析 23

4.8 经济评价 24

4.8.1 本实验的花费情况 24

4.8.2 本实验的经济效益 24

4.8.3 系统总体经济效益 25

第五章 总结 27

5.1数据处理过程分析及结果讨论 27

5.3 展望 28

参考文献 29

附录 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1引言

人们普遍认为，未来的能源生产将不再依赖化石燃料资源。因此，世界各地正在开发各种可再生的和更多可持续的能源资源，能源资源对自然环境的影响非常大。中国经济飞速的发展的今天，需要充足的能源作为保障。因此，大力发展科技，提高开发能源的技术，发现更多的绿色能源，提高能源的利用率至关重要。新时代下的中国不仅需要能源，而且需要的是绿色能源，要保证既有金山银山，又有绿水青山，减少传统能源的依赖性，开发出类似于太阳能等清洁能源^[1]-[4]。

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