CN106226036A - 一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，通过在非聚焦和聚焦状态下分别进行测量，可在现场直接测得槽式太阳能集热器的各项能量损失。本发明避免依靠局部光学效率表征集热器整体光学效率产生的误差对光学损失的计算结果准确性造成影响，测量准确性高；其无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定；通过交换“前端”与“后端”集热器的相对位置，现场测量集热器回路中其他集热器的光热损失，灵活便利，功能多样，还可以方便地测定整个集热器回路的光热损失，提高了适应性和灵活性。

Description

一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法

技术领域

本发明涉及太阳能光-热利用技术领域，更具体地涉及一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法。

背景技术

能源问题关系国计民生，是目前我国社会经济高速健康发展的主要制约因素，而对于太阳能的合理有效利用，是有望成为解决这一问题的重要手段之一。

目前，抛物面槽式太阳能热发电技术是目前最为成熟，商业化程度最高的聚光太阳能热发电技术。槽式太阳能集热场集热效率较低，导热油高温分解对于过热蒸汽参数的限制是槽式太阳能目前的主要技术瓶颈。槽式太阳能聚光集热过程中的能量损失主要包括：余弦损失、光学损失、散热损失以及端部和遮挡损失等。其中余弦损失、端部损失可通过几何关系计算得出，但是散热损失和光学损失却难以在实际计算中分别得到，这限制了对集热器的性能的进一步的了解，也阻碍了对集热器集热性能进行针对性的改进。

现有的光学损失测定方法主要有两种：第一种方法需在所测量的集热器附近搭建二维跟踪的集热单元。利用二维跟踪消除余弦损失和端部损失，单独搭建则消除了遮挡损失。在相同天气条件下，固定导热油流量，测量不同导热油与环境温度的温差ΔT_amb对应的集热效率η。根据所测得数据点拟合ΔT～η关系式，外推得到ΔT为零时对应的集热效率η，该集热效率就是所搭建二维跟踪集热单元的光学效率，并认为该光学效率也是整个集热场的光学效率η_optica，。以此光学效率为准，便可在实际计算中将散热损失和光学损失分别计算得出。此方法利用避免了余弦损失等其他损失的干扰，同时还可以用来测试不同集热管和集热镜组合的光学效率。但是此法中所测得的二维跟踪集热单元的光学效率不能完全等价于现场集热器的光学效率；并且单纯为集热器光学效率测定而搭建二维跟踪测试的平台成本较高，故此方法仅仅适用于试验阶段的光学性能及各项损失的测定并不适合于现场测量。

第二种方法主要针对于已经搭建完成并处于安装调试阶段的槽式太阳能集热器的光学损失的测定，槽式太阳能集热器光学效率可以表示为：η_opt＝ργτα·IAM。其中，ρ为槽式聚光镜的反射率；γ为截断因子，定义为经聚光镜反射的太阳直射辐射被接收器接收的百分比；τ为玻璃套管的透射率；α为集热管上选择性吸收涂层的吸收率；IAM为入射角修正系数，表示入射到聚光镜的太阳光偏离垂直入射的程度。以此公式为基准，分别测算各项数值；同时考虑到聚光器的结构特点，在所测量的集热器中选取特定区域，测量集热器在支架和镜面安装过程存在的安装偏差，集热管和聚光镜的清洁程度，同时考虑跟踪误差等其他影响集热器光学性能的因素，综合计算得到集热器的光学效率，并进而分别得到集热器的光学损失和散热损失。这种方法比起第一种方法更为直接，测量成本更低；但是该方法只能测量集热器局部的光学效率的数值，而有限的几个局部的光学效率并不能完全代表集热器的光学效率；同时影响集热器的光学性能的因素较为复杂，实际测量过程中很难将所有因素完全考虑进去并进行准确的测定。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法。

(二)技术方案

本发明提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，包括：步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数；步骤B：由所述待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；步骤C：改变待测槽式太阳能集热器的工质进口温度，重复步骤A～B，得到一系列待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差、以及与所述温差对应的待测槽式太阳能集热器的散热量，对所述温差和散热量进行拟合，得到所述温差和散热量的关系式；步骤D：记录待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，根据所述聚焦状态参数以及所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失；步骤E：根据所述聚焦状态参数得到待测槽式太阳能集热器的余弦损失和端部损失，根据计算得到的余弦损失、端部损失和散热损失计算得到待测槽式太阳能集热器的光学损失，并计算得到待测槽式太阳能集热器的光学效率。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法具有以下有益效果：

(1)可在现场直接测得槽式太阳能集热器的各项能量损失，避免依靠局部光学效率表征集热器整体光学效率产生的误差对光学损失的计算结果准确性造成影响，测量准确性高；

(2)其无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，仅依靠集热回路自身部件配合就可完成测定，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定；

(3)通过交换“前端”与“后端”集热器的相对位置，现场测量集热器回路中不同位置处的其他集热器的光热损失，灵活便利，功能多样，不仅可以测定单个槽式太阳能集热器的光热损失，还可以方便地测定多个槽式太阳能集热器或整个集热器回路的光热损失，提高了适应性和灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例的现场测定方法的槽式太阳能集热镜场示意图；

图2为本发明实施例的集热器散热量Q_{loss_heat}和集热管外壁温同环境温度间温差ΔT_amb的拟合结果示意图；

图3为本发明实施例的槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法流程图。

符号说明

10-槽式太阳能集热镜场；11-1#集热器；12-2#集热器；13-3#集热器；14-4#集热器。

具体实施方式

根据能量守恒，当槽式太阳能集热器处于稳态时，集热场能量关系式如式(1)：

Q_rec＝Q_abs+Q_{loss_end}+Ql_{oss_cos}+Q_{loss_heat}+Q_{loss_opt} (1)

其中，Q_rec为集热器接收的太阳直射辐射总量，Q_abs为集热器的聚光集热量，Q_{loss_cos}为集热器的余弦损失，Q_{loss_end}为集热器的端部损失，Q_{loss_heat}为集热器的散热损失，Q_{loss_opt}为集热器的光学损失。

由于光学效率难以测定和环境条件的复杂性，Q_{loss_heat}和Q_{loss_opt}在测算过程中难以区分。本发明提供了一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，采用以下步骤分别得到散热损失和光学损失，进而得到槽式太阳能集热器的光学效率。

步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数。

具体地，在步骤A中，对前端的槽式太阳能集热器进行聚焦集热，待测槽式太阳能集热器不进行聚焦集热，升温后的工质由前端的槽式太阳能集热器流入待测槽式太阳能集热器并对环境进行散热，当达到热平衡条件时，记录待测槽式太阳能集热器的工质进口温度工质出口温度工质质量流量及环境温度T_amb；

其中，可以根据实际测试环境，将前端的槽式太阳能集热器设置为一个或多个槽式太阳能集热器，只要与待测槽式太阳能集热器组成集热器回路即可。

由此可见，本发明的方法无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，仅依靠集热回路自身部件配合就可完成测定，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定。

步骤B：由待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差。

步骤B包括：

子步骤B1：计算待测槽式太阳能集热器的散热量Q_{loss_heat}，计算公式如式(2)：

$Q_{loss\_heat}={\stackrel{\·}{m}}^{nf}{c}_p(T_{in}^{nf}-T_{out}^{nf})---\left(2\right)$

其中，为步骤A记录的工质质量流量；c_p为工质的比热容。

子步骤B2：待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差ΔT_amb如式(3)：

${\mathrm{\ΔT}}_{amb}=T_{tube\_in}-\frac{Q_{loss\_heat}ln(D_{tube\_out}/D_{tube\_in})}{2{\mathrm{\πk}}_{tube}L}-T_{amb}---\left(3\right)$

其中，D_{tube_in}和D_{tube_out}分别为待测槽式太阳能集热器的集热管的内外径；k_tube为集热管管壁的导热系数；T_amb为步骤A记录的环境温度；L为待测槽式太阳能集热器的长度；Q_{loss_heat}为待测槽式太阳能集热器的散热量；T_{tube_in}为集热管内壁温度，其根据式(4)进行迭代计算：

$T_{tube\_in}=0.5(T_{in}^{nf}+T_{out}^{nf})-\frac{Q_{loss\_heat}}{{\mathrm{\πNu}}_{D_{tube\_in}}{k}_{HTF}L}---\left(4\right)$

k_HTF为工质的导热系数；和为步骤A记录的工质进口温度和工质出口温度；为基于集热管内壁的Nu数，由Gnielinski公式计算得到，如公式(5)：

${\mathrm{Nu}}_{D_{tube\_in}}=\frac{\left(f_2\mathrm{/8}\right)({\mathrm{Re}}_{D_{tube\_in}}-1000){\mathrm{Pr}}_{tube\_in}}{1+12.7\sqrt{f_2\mathrm{/8}}({\mathrm{Pr}}_{tube\_in}-1)}{\left(\frac{{\mathrm{Pr}}_{tube\_in}}{{\mathrm{Pr}}_{tube\_out}}\right)}^{0.11}---\left(5\right)$

其中，为基于集热管内壁的雷诺数，为保证换热充分，需保证工质始终处于旺盛湍流状态，即保证雷诺数Pr_{tube_in}和Pr_{tube_out}分别为基于工质温度和集热管内壁温度的普朗特数；f₂为集热管内壁的摩擦系数，计算公式如式(6)：

$f_2={(1.82{\log }_{10}{\mathrm{Re}}_{D_{tube\_in}}-1.64)}^{-2}---\left(6\right)$

步骤C：改变待测槽式太阳能集热器的工质进口温度，重复步骤A～B，得到一系列待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差、以及与所述温差对应的待测槽式太阳能集热器的散热量，对所述温差和散热量进行拟合，得到所述温差和散热量的关系式，关系式如式(7)；

Q_{loss_heat}＝F(ΔT_amb) (7)

其中，式(7)满足当ΔT_amb为零时，Q_{loss_heat}也等于零。

本领域技术人员可以根据实际情况，确定步骤C中重复步骤A～B的次数，以保证最终获得的ΔT_amb～Q_{loss_heat}拟合曲线中，ΔT_amb范围足够大，至少包含集热器正常集热工作对应的ΔT_amb；并且采点间距足够密，以保证数据和拟合公式的可靠性。

步骤D：记录待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，根据聚焦状态参数以及步骤C的所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失。

步骤D包括：

子步骤D1：在同步骤A～C相近的天气条件以及无排间遮挡的条件下，待测槽式太阳能集热器进行聚焦集热，记录时间t、当地经度、当地纬度、待测槽式太阳能集热器方位角、待测槽式太阳能集热器开口宽度W及长度L、太阳直射辐射强度DM、待测槽式太阳能集热器的工质进口温度工质出口温度工质质量流量和环境温度T_amb；相近的天气条件指的是例如环境风速相近、空气湿度差距不大，本领域技术人员可以根据情况自行确定。

子步骤D2：计算待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量：

$Q_{abs}={\stackrel{\·}{m}}^f{c}_p(T_{out}^f-T_{in}^f)---\left(8\right)$

其中，为聚焦状态下待测槽式太阳能集热器的工质质量流量，单位为kg/s；和分别为工质进口温度和出口温度；c_p为工质的比热容，单位为J/kg·K；定性温度取和的算术平均值。

子步骤D3：待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差ΔT_amb，计算公式如式(9)：

${\mathrm{\ΔT}}_{amb}=T_{tube\_in}+\frac{Q_{abs}ln(D_{tube\_out}/D_{tube\_in})}{2{\mathrm{\πk}}_{tube}L}-T_{amb}---\left(9\right)$

其中，T_amb为聚焦状态下的环境温度；T_{tube_in}为集热管内壁温度，其根据式(10)进行迭代计算：

$T_{tube\_in}=0.5(T_{in}^f+T_{out}^f)+\frac{Q_{abs}}{{\mathrm{\πNu}}_{D_{tube\_in}}{k}_{HTF}L}---\left(10\right)$

其中，k_HTF和k_tube分别为工质和集热管管壁的导热系数；根据式(5)及式(6)计算。

子步骤D4：根据步骤C的所述温差和散热量的关系式，将待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差ΔT_amb代入所述关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失Q_{loss_heat}。

在本发明中，为保证拟合公式Q_{loss_heat}＝F(ΔT_amb)的有效性，子步骤D3所得到的ΔT_amb应在步骤C中所得到的各个ΔT_amb范围之内，方可进行散热损失及光学损失的计算。

步骤E：根据所述聚焦状态参数得到待测槽式太阳能集热器的余弦损失、端部损失，根据计算得到的余弦损失，端部损失和散热损失计算得到待测槽式太阳能集热器的光学损失，并计算得到待测槽式太阳能集热器的光学效率。

步骤E包括：

子步骤E1：根据步骤D记录的待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，分别计算待测槽式太阳能集热器的接收的太阳直射辐射总量、余弦损失和端部损失。

其中，待测槽式太阳能集热器的接收的太阳直射辐射总量为：

Q_rec＝DNI·W·L (11)

其中，DNI为太阳的直射辐射量，单位为W/m²；W为待测槽式太阳能集热器的开口宽度，单位为m。

待测槽式太阳能集热器的余弦损失为：

Q_{loss_cos}＝Q_rec(1-cosθ) (12)

其中，θ为太阳光入射角，具体定义为太阳光线与槽式太阳能集热器开口面法向的夹角，根据记录时间t、当地经度、当地纬度及待测槽式太阳能集热器方位角计算得到。

待测槽式太阳能集热器的端部损失为：

$Q_{loss\_end}=Q_{rec}\·\frac{f}{L}(1+\frac{W^2}{48f^2})tan\mathrm{\θ}---\left(13\right)$

其中，f为待测槽式太阳能集热器的焦距，长度单位为m。

子步骤E2：根据能量守恒关系式，计算待测槽式太阳能集热器的光学损失，计算公式如式(14)：

Q_{loss_opt}＝Q_rec-Q_abs-Q_{loss_cos}-Q_{loss_end}-Q_{loss_heat} (14)

子步骤E3：根据光学损失Q_{loss_opt}计算待测槽式太阳能集热器的光学效率，计算公式如式(15)：

${\mathrm{\η}}_{opt}=1-\frac{Q_{loss\_opt}}{Q_{abs}-Q_{loss\_cos}-Q_{loss\_end}}---\left(15\right)$

由此可见，本发明的方法可在现场直接测得槽式太阳能集热器的各项能量损失，避免依靠局部光学效率表征集热器整体光学效率产生的误差对光学损失的计算结果准确性造成影响。

在本发明的其他实施例中，本方法还包括以下步骤：

可通过控制工质流向，交换“前端”与“后端”集热器的相对位置，将集热器回路中的前端集热器作为后端的待测槽式太阳能集热器，现场测量集热器回路中不同位置处的其他集热器的光热损失，进而获得集热器回路的整体光热损失。

由此可见，本发明的方法灵活便利，功能多样，不仅可以测定单个槽式太阳能集热器的光热损失，还可以方便地测定多个槽式太阳能集热器或整个集热器回路的光热损失，提高了适应性和灵活性。

为了更清楚和完整的说明本发明的技术方案，以下通过具体的测定实验来进行进一步说明。

图1为一个槽式太阳能集热镜场10的示意图，图中被虚线线框圈住的11、12、13和14表示1#、2#、3#和4#集热器，1#～4#集热器构成一个集热器回路，以2#集热器作为待测槽式太阳能集热器为例，进一步对本测定方法进行详细阐述。

2#集热器为LS-3型集热器，其结构参数如下：集热器长度L为120m，集热器开口宽度W为5.77m，集热管外径D_{tube_out}为0.07m，内径D_{tube_in}为0.065m，焦距f为1.71m，集热器聚光比为82。采用的工质为Dowtherm A型导热油，物性参数根据厂家提供的物性表格得到。

将2#集热器开口面背向太阳光入射方向，1#、3#和4#集热器进行聚光集热，在该非聚焦状态下，调节聚光集热量以及集热回路热负载使系统处于稳态，记录进入2#集热器的工质的进出口温度和质量流量环境温度T_amb。通过调节另外三个集热器的聚光集热和热负载的大小，不断调节进入2#集热器的工质的进出口温度和得到一系列对应的集热管外壁温同环境间温差ΔT_amb与集热器散热量Q_{loss_heat}数据。非聚光实验结果记录见表1。

表1非聚光集热条件ΔT_amb及Q_{loss_heat}测定实验结果记录表

现以表1第一行数据为例，举例说明散热量Q_{loss_heat}和集热管外壁温同环境间温差ΔT_amb的计算方法。

1、已知工质进出口温度为154.9℃和153.4℃，平均温度为154.14℃，取平均温度为定性温度，查阅物性参数表，可知工质比热容为1.95kJ/(kg.K)，工质质量流量为4.62kg/s，根据公式(2)，可得集热器的散热量为13.38kW。

2、已知工质质量流量，集热管内径；根据工质定性温度得工质动力粘度为5.64×10^-4Pa·S，根据雷诺数计算公式得数值为160520，大于10000，可根据式(3)～(6)计算ΔT_amb。

3、将数值代入式(6)中，得到集热管内壁的摩擦系数f₂值为0.018836。假设集热管内壁温度T_{tube_in}比定性温度低0.5℃，根据导热油物性参数表，确定工质基于工质定性温度和集热管内壁温度的普朗特数分别为9.380和9.389。根据式(5)计算基于集热管内壁的努赛尔数为560.11。根据导热油物性参数表，获得基于工质定性温度的导热系数k_HTF为0.1173W/m·K，根据式(4)，得T_{tube_in}为153.60℃，再次将此数值作为T_{tube_in}假设值，迭代一次后确定T_{tub_ein}为153.5315℃。

4、已知集热管管壁材质为331不锈钢，导热系数为17.2W/m·K。根据式(3)，计算得集热管外壁同环境温差为125.67℃。

根据所获得的数据进行拟合，拟合结果如图2。Q_{loss_heat}和ΔT_amb的关系式为Q_{loss_heat}＝0.1017×ΔT_amb。

在同步骤1～3相近的天气条件下，使2#集热器聚光集热，在无排间遮挡且集热系统处于稳态的条件下，记录时间t、当地经度、当地纬度、集热器方位角、集热器开口宽度W及长度L、直射辐射强度DNI、聚焦状态下工质的进口温度出口温度质量流量环境温度T_amb；聚光集热实验结果记录见表2，其中集热器方位角为0，即集热器方位为正南北布置。

表2聚光集热实验结果记录表

根据表2记录数据，计算2#集热器接收太阳直射辐射总量Q_rec、聚光集热量Q_abs、端部损失Q_{loss_end}、余弦损失Q_{loss_cos}。

根据表2记录数据，计算得到集热管外壁温与环境温度间温差ΔT_amb，根据拟合关系式Q_{loss_heat}＝0.1017×ΔT_amb，计算得到集热器的散热损失Q_{loss_heat}。根据能量守恒关系式Q_rec＝Q_abs+Q_{loss_end}+Q_{loss_cos}+Q_{loss_heat}+Q_{loss_opt}，获得集热器的光学损失Q_{loss_opt}，并进一步得到待测集热器的光学效率。

现以表2第一行数据为例，说明各项能量损失的计算过程。

1、已知集热器长度L为120m，开口宽度W为5.77m；据表2可知太阳直射辐射强度DNI为387.9W/m²，根据式(10)计算得出太阳直射辐射总量Q_rec为268.58kW。据表2可知工质进出口温度分别为78.5℃和88.5℃，导热油质量流量为5.41kg/s，根据式(8)计算得出2#集热器聚光集热量Q_abs为94.89kW。

2、根据当地经纬度，记录时间以及集热器方位角，得到集热器入射角为48.65°，根据式(12)，代入Q_rec值可得余弦损失Q_{loss_cos}为122.35kW。已知集热器长度为120m，开口宽度为5.77m，焦距为1.71m，根据式(13)计算得出集热器端部损失热量为10.75kW。

3、根据工质定性温度得工质动力粘度为1.109×10^-3Pa·s，根据雷诺数计算公式得数值为108414，大于10000，可根据式(9)及式(10)计算集热管外壁同环境的温差。

4、将数值代入式(6)，得到f₂值为0.018836。假设集热管内壁温度T_{tube_in}比定性温度高5℃，根据导热油物性参数表，确定工质基于工质定性温度和集热管内壁温度的普朗特数分别为15.106和14.022。根据式(5)计算得出基于集热管内壁的努赛尔数为891.95。根据导热油物性参数，获得基于工质定性温度的导热系数k_HTF为0.1278W/m·K。根据式(10)计算得出T_{tube_in}为88.47℃，再次将此数值作为T_{tube_in}假设值，迭代一次后确定T_{tube_in}为88.4031℃。

5、已知集热管管壁材质为331不锈钢，导热系数为17.2W/m.K。根据式(9)，计算得出集热管外壁同环境温差ΔT_amb为73.20℃。

6、代入拟合关系式Q_{loss_heat}＝0.1017×ΔT_amb计算得出集热器的散热损失为7.44kW。

7、根据式(14)计算得出集热器的光学损失为33.14kW。根据式(15)计算得出光学效率为75.54％。

聚光集热实验各项光热损失及对应光学效率计算结果见表3。

针对表3数据分析可知，2#集热器的光学效率测定平均值为77.1％，上下浮动范围为1.26％，波动相对误差小于5％，数据一致性良好，实验结果同公布的LS-3光学效率数值76％接近。

表3聚光集热各项能量与光学效率计算结果表

至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法有了清楚的认识。

本发明的槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，可在现场直接测得槽式太阳能集热器的各项能量损失，避免依靠局部光学效率表征集热器整体光学效率产生的误差对光学损失的计算结果准确性造成影响；其无需额外使用光学设备或者另外搭建二维跟踪集热单元，仅依靠集热回路自身部件配合就可完成测定，适应性更广，成本更低，灵活性更高，适合于现场测定；不仅可以用于单个集热器的各项损失的测定，也可以用于多个集热器或集热回路的各项损失测定。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；

(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种槽式太阳能集热器光热损失的现场测定方法，其特征在于，包括：

步骤A：将后端的待测槽式太阳能集热器与前端的槽式太阳能集热器组成集热器回路，记录待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数；

步骤B：由所述待测槽式太阳能集热器的非聚焦状态参数，得到待测槽式太阳能集热器的散热量，以及待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；

步骤C：改变待测槽式太阳能集热器的工质进口温度，重复步骤A～B，得到一系列待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差、以及与所述温差对应的待测槽式太阳能集热器的散热量，对所述温差和散热量进行拟合，得到所述温差和散热量的关系式；

步骤D：记录待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，根据所述聚焦状态参数以及所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失；

步骤E：根据所述聚焦状态参数得到待测槽式太阳能集热器的余弦损失和端部损失，根据计算得到的余弦损失、端部损失和散热损失计算得到待测槽式太阳能集热器的光学损失，并计算得到待测槽式太阳能集热器的光学效率。

2.如权利要求1所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤A包括：对前端的槽式太阳能集热器进行聚焦集热，待测槽式太阳能集热器不进行聚焦集热，升温后的工质由前端的槽式太阳能集热器流入待测槽式太阳能集热器并对环境进行散热，当达到热平衡条件时，记录待测槽式太阳能集热器非聚焦状态的工质进口温度工质出口温度工质质量流量及环境温度T_amb。

3.如权利要求2所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤B包括：

子步骤B1：计算待测槽式太阳能集热器的散热量Q_{loss_heat}，计算公式如式(2)：

$Q_{loss\_heat}={\stackrel{\·}{m}}^{nf}{c}_p(T_{in}^{nf}-T_{out}^{nf})---\left(2\right)$

其中，为非聚焦状态的工质质量流量；c_p为工质的比热容；

子步骤B2：待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差ΔT_amb如式(3)：

${\mathrm{\ΔT}}_{amb}=T_{tube\_in}-\frac{Q_{loss\_heat}ln(D_{tube\_out}/D_{tube\_in})}{2{\mathrm{\πk}}_{tube}L}-T_{amb}---\left(3\right)$

其中，D_{tube_in}和D_{tube_out}分别为待测槽式太阳能集热器的集热管的内外径；k_tube为集热管管壁的导热系数；T_amb为非聚焦状态的环境温度；L为待测槽式太阳能集热器的长度；Q_{loss_heat}为待测槽式太阳能集热器的散热量；T_{tube_in}为集热管内壁温度，其根据式(4)迭代计算得到：

$T_{tube\_in}=0.5(T_{in}^{nf}+T_{out}^{nf})-\frac{Q_{loss\_heat}}{{\mathrm{\πNu}}_{D_{tube\_in}}{k}_{HTF}L}---\left(4\right)$

k_HTF为工质的导热系数；和为非聚焦状态的的工质进口温度和工质出口温度；为基于集热管内壁的Nu数。

4.如权利要求1所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤D包括：

子步骤D1：在同步骤A～C相近的天气条件以及无排间遮挡的条件下，待测槽式太阳能集热器进行聚焦集热，记录时间t、当地经度、当地纬度、待测槽式太阳能集热器方位角、待测槽式太阳能集热器开口宽度W及长度L、太阳直射辐射强度DNI、待测槽式太阳能集热器聚焦状态的工质进口温度工质出口温度工质质量流量和环境温度Ta_mb；

子步骤D2：计算待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量；

子步骤D3：待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差；

子步骤D4：根据所述步骤C的所述温差和散热量的关系式，将待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差代入所述温差和散热量的关系式，得到待测槽式太阳能集热器的散热损失。

5.如权利要求4所述的现场测定方法，其特征在于，所述子步骤D2中，待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量为：

$Q_{abs}={\stackrel{\·}{m}}^f{c}_p(T_{out}^f-T_{in}^f)---\left(8\right)$

其中，为聚焦状态的工质质量流量；和分别为聚焦状态的工质进口温度和出口温度；c_p为工质的比热容。

6.如权利要求4所述的现场测定方法，其特征在于，所述子步骤D3中，待测槽式太阳能集热器的集热管外壁温与环境温度间的温差ΔT_amb为：

${\mathrm{\ΔT}}_{amb}=T_{tube\_in}+\frac{Q_{abs}ln(D_{tube\_out}/D_{tube\_in})}{2{\mathrm{\πk}}_{tube}L}-T_{amb}---\left(9\right)$

其中，Q_abs为待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量；T_amb为聚焦状态的环境温度；T_{tube_in}为集热管内壁温度，其根据式(10)进行迭代计算：

$T_{tube\_in}=0.5(T_{in}^f+T_{out}^f)+\frac{Q_{abs}}{{\mathrm{\πNu}}_{D_{tube\_in}}{k}_{HTF}L}---\left(10\right)$

其中，k_HTF和k_tube分别为工质和集热管管壁的导热系数。

7.如权利要求6所述的现场测定方法，其特征在于，所述步骤E包括：

子步骤E1：根据待测槽式太阳能集热器的聚焦状态参数，分别计算待测槽式太阳能集热器接收的太阳直射辐射总量、余弦损失和端部损失；

子步骤E2：根据能量守恒关系式，计算待测槽式太阳能集热器的光学损失；

子步骤E3：根据光学损失计算待测槽式太阳能集热器的光学效率。

8.如权利要求7所述的现场测定方法，其特征在于，所述子步骤E1中的待测槽式太阳能集热器接收的太阳直射辐射总量为：

Q_rec＝DNI·W·L (11)

其中，DNI为太阳的直射辐射量；W为待测槽式太阳能集热器的开口宽度；

待测槽式太阳能集热器的余弦损失为：

Q_{loss_cos}＝Q_rec(1-cosθ) (12)

其中，θ为太阳光入射角；

待测槽式太阳能集热器的端部损失为：

$Q_{loss\_end}=Q_{rec}\·\frac{f}{L}(1+\frac{W^2}{48f^2})tan\mathrm{\θ}---\left(13\right)$

其中，f为待测槽式太阳能集热器的焦距。

9.如权利要求7所述的现场测定方法，其特征在于，所述子步骤E2中的待测槽式太阳能集热器的光学损失为：

Q_{loss_opt}＝Q_rec-Q_abs-Q_{loss_cos}-Q_{loss_end}-Q_{loss_heat} (14)

其中，Q_rec为待测槽式太阳能集热器接收的太阳直射辐射总量；Q_abs为待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量；Q_{loss_cos}为待测槽式太阳能集热器的余弦损失；Q_{los_send}为待测槽式太阳能集热器的端部损失；Q_{loss_heat}为所述步骤D得到的待测槽式太阳能集热器的散热损失。

10.如权利要求7所述的现场测定方法，其特征在于，所述子步骤E3中待测槽式太阳能集热器的光学效率为：

${\mathrm{\η}}_{opt}=1-\frac{Q_{loss\_opt}}{Q_{abs}-Q_{loss\_cos}-Q_{loss\_end}}---\left(15\right)$

其中，Q_abs为待测槽式太阳能集热器接收的聚光集热量；Q_{loss_cos}为待测槽式太阳能集热器的余弦损失；Q_{loss_end}为待测槽式太阳能集热器的端部损失Q_{loss_opt}为待测槽式太阳能集热器的光学损失。