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基于太阳形状的直接辐射精细测量

基于太阳形状的直接辐射精细测量

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作者：牛一森华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

太阳能聚光热发电系统对太阳直接辐照进行聚焦,获取高温,是一种重要的太阳能利用方式。实际应用中,聚光热发电系统中的接收器尺寸受工程限制,接收器的接收角一般为1°-3°,小于太阳直接辐射的张角定义(5°),这意太阳直接辐射中有一部分... 详细信息

太阳能聚光热发电系统对太阳直接辐照进行聚焦,获取高温,是一种重要的太阳能利用方式。实际应用中,聚光热发电系统中的接收器尺寸受工程限制,接收器的接收角一般为1°-3°,小于太阳直接辐射的张角定义(5°),这意太阳直接辐射中有一部分未被接收器拦截,这会导致光热系统接收辐射量估计值偏大,所以,为了对光热系统的光学效率进行精确评估,需要对太阳直接辐射强度(Direct normal irradiance,DNI)的组成分布进行精细测算。本文针对DNI细节的测量和计算进行了相关的理论与实验研究。首先,本文对DNI、环日辐射比(Circumsolar ratio,CSR)、太阳亮度分布(也称太阳形状,sunshape)、Buie sunshape模型等相关概念进行详细介绍,并且针对本论文的技术指标,提出太阳形状测量系统的设计方案。然后,根据设计方案需求,搭建了一套多传感器的太阳形状测量系统,该系统包括直接辐射表、总辐射表、CCD相机、照度计。根据辐射表光通道的光学原理,设计了五种不同视野范围的光筒,配备在直接辐射表、总辐射表和照度计上实现不同视野范围辐射量和光照强度的测量。CCD相机配备滤光片组以提高对光强的分辨率,可以分辨太阳圆盘和环日区域的光强分布。实验中还使用牛顿式反射望远镜用于观测和拍摄太阳圆盘的光强信息。本文提出了基于多传感器和Buie sunshape模型的太阳形状测量方法并搭建了测量系统,该系统可以测量DNI、太阳形状等信息,并可以根据测量信息进一步计算CSR。最后根据不同接收角度的要求,提出了不同接收角度DNI精细计算方法。测量和计算方法对太阳聚光热发电系统的光学效率精确评估具有很大意义。

关键词：太阳聚光热发电 DNI CSR sunshape 精细测量

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