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太阳能聚焦光斑能流密度测量方法评估

魏素 肖君 魏秀东 卢振武 王肖

魏素, 肖君, 魏秀东, 卢振武, 王肖. 太阳能聚焦光斑能流密度测量方法评估[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(2): 255-262. doi: 10.3788/CO.20160902.0255
引用本文: 魏素, 肖君, 魏秀东, 卢振武, 王肖. 太阳能聚焦光斑能流密度测量方法评估[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(2): 255-262. doi: 10.3788/CO.20160902.0255
WEI Su, XIAO Jun, WEI Xiu-dong, LU Zhen-wu, WANG Xiao. Evaluation of flux density measurement method for concentrated solar irradiance[J]. Chinese Optics, 2016, 9(2): 255-262. doi: 10.3788/CO.20160902.0255
Citation: WEI Su, XIAO Jun, WEI Xiu-dong, LU Zhen-wu, WANG Xiao. Evaluation of flux density measurement method for concentrated solar irradiance[J]. Chinese Optics, 2016, 9(2): 255-262. doi: 10.3788/CO.20160902.0255

太阳能聚焦光斑能流密度测量方法评估

doi: 10.3788/CO.20160902.0255
详细信息
    通讯作者:

    魏素(1991-),女,湖北十堰人,硕士研究生,2013年于华中科技大学获得学士学位,主要从事塔式聚光系统中聚焦光斑能流密度分布的测量方面的研究。E-mail: wei_huster@163.com

    肖君(1986-),男,湖北黄冈人,博士,助理研究员,2010年于南开大学获得学士学位,2015年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事太阳能聚光中光学检测方面的研究。E-mail: xiaojun_nk@163.com

  • 中图分类号: TK513.1

Evaluation of flux density measurement method for concentrated solar irradiance

  • 摘要: 为了确定一种新型间接测量太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度分布方法的测量误差范围,对其进行了进一步研究。从理论公式出发,分析了该测量方法的误差源;使用球面小定日镜、CCD相机、漫反射板、中性密度滤光片等设备进行了能流密度测量的实验,使用MATLAB软件对实验数据进行处理,得到了漫反射板上聚焦光斑的能流密度分布和总能量;实验时借助全站仪测量并计算了定日镜中心的光线入射角,根据定日镜的面积和反射率、太阳直射辐射值、余弦效率等计算了光斑能量的理论值,并与测量得到的聚焦光斑总能量比较,得出了实验条件下该方法测量光斑总能量以及能流密度的相对误差为3.5%。该测量误差在允许范围内,进一步证实了该能流密度测量方法的正确性和可行性。

     

  • 图 1  能流密度测量原理

    Figure 1.  Principle of flux density measurement

    图 2  相机示意图

    Figure 2.  Schematic of the CCD camera

    图 3  相机线性度曲线

    Figure 3.  Linearity curve of the camera

    图 4  OD4滤光片衰减比随波长变化

    Figure 4.  Attenuation factor of the OD4 filter varies with wavelength changing

    图 5  DH-SV2001GM摄像机的光谱响应曲线

    Figure 5.  Spectral response curve of the DH-SV2001GM camera

    图 6  余弦效率示意图

    Figure 6.  Schematic diagram of cosine efficiency

    图 7  余弦效率测量原理图

    Figure 7.  Schematic diagram of the cosine efficiency measurement

    图 8  CCD相机拍摄的图像

    Figure 8.  Images taken by a CCD camera

    图 9  光斑能流密度分布

    Figure 9.  Flux density distribution of the beam

    表  1  误差源总结

    Table  1.   Summary of error sources

    Error source Relative error/%
    Pixel value of the CCD camera, PCCD 3.84
    Direct normal irradiance, EDNI 0.2
    tam2(δsun/2) 3.4
    Attenuation factor of the filter, fsun/freceiver 0.5
    Reflectance data of the receiver 0.3
    下载: 导出CSV

    表  2  实验条件和设备参数

    Table  2.   Test conditions and device parameters

    Date and Time 6/3/2015 9:38 AM(Beijing time)
    Location Changchun, China
    Direct normal irradiance/(W·m-2) 870
    Reflectivity of the heliostat 0.83
    Reflectivity ofthe receiver 0.982
    Size of the receiver/m 0.35×0.35
    Area of heliostat reflective surface/m 2 0.120 5
    Neutral density filter attenuation factor for beam image 1
    Neutral density filter attenuation factor for sun image 19 055
    Resolution of the CCD camera 1 236×1 628
    Pixel size of the CCD/μm 4.40×4.40
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-10
  • 修回日期:  2016-01-06
  • 刊出日期:  2016-02-25

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