太阳的结构（精选8篇）
太阳的结构 篇1
摘要：本文以姜文导演《太阳照常升起》为切入口分析了影片中结构的设置所产生的独特审美。首先, 作者比较了原著《天鹅绒》叙事结构与《太阳照常升起》不同, 并分析了导演在结构上的精心设置;接着, 作者指出在影片中叙事结构作为一种艺术表达的方式, 它可以超越内容具有独立的审美。
关键词：太阳照常升起,戏剧结构,陌生化,有意味的形式
如果只以商业的价值来衡量影片的话, 《太阳照常升起》的表现真可谓是表现平平。但是从整个中国电影的发展走向来看, 《太阳照常升起》确实是近年来中国影坛为数不多的进行了新探索、新尝试的一部好片, 当然我个人认为它也是姜文导演的一次突破。与欧美的观众相比, 我国的观众对电影的审美似乎还停留在比较传统保守的位置, 像这样结构分散并且含混的影片确实容易让人心生抗拒。可是恰恰该片最大的魅力却也正在于这看似分散的结构方式。姜文导演的二度创作让原著焕发出了不一样的生机。
《太阳照常升起》改编自叶弥的小说《天鹅绒》, 《天鹅绒》的故事讲述的是主人公唐雨林被下放到一个偏远山区改造, 在此期间他的老婆与生产队长发生了婚外情, 二人因为唐妻的肚子是否像天鹅绒产生了分歧, 为了向没有见过天鹅绒的小队长证明自己是正确的, 唐雨林离开村庄满世界寻找天鹅绒未果。正像叶弥小说一贯所爱表现的那样, 叶弥将这些各式各样的小人物置放于特定的时空与生活情景之中, 从他们日常的生活琐事入手, 去捕捉他们柔软而又微妙的内心情感变化瞬间, 刻画出他们在环境与命运的挤压之下的生命走向。透过这些小人物的生命走向透析、审察中国转型期所出现的社会伦理沉沦、价值信念式微等一系列社会问题。
到了电影《太阳照常升起》中, 则发生了很大的变化, 姜文导演首先对剧情有了很大的变动。例如, 加重了对“疯妈”的表现, 并且影射了“疯妈”可能就是老唐年轻时候的情人, 而他亲手打死的小队长就是他的亲生儿子。当然, 最值得称道的还是, 导演对于结构的巧妙构思。全片呈板块式的结构, 共有四大板块, 四大板块之间相互独立、勾连、咬合而构成全片。在叙事上也没有采取线性的叙事方式, 而采取D-A-B-C, 并且A、C板块之间还是相互延续的非线性的叙事方式。如果给每一个板块都起一个主题性的名字的话, 那么大致可以用“疯”、“恋”、“枪”、“梦”四个字来表示。
首先我们从“疯”说起。故事发生在1976年的春天, 中国南部的一个小村庄里。如果抛去上一代人的恩怨纠葛, 那么这个板块就可以单纯地看成是一个乡间儿子与他的“疯妈”互相“抗争”的过程。在短短的半小时的时长里, 影片关于她到底经历了怎样悲惨的遭遇, 并没有大肆铺排渲染, 只是在我们看到她的时候, 她就已经疯了。并且“疯”得是那样的神经质, 给观众留下了深刻的印象。一个未婚女子带着一个孩子, 在生下儿子后, 孤身一人将孩子带到他父亲的老家进行抚养, 在那样的一个封建的年代, “疯妈”可能是被邻里的闲话逼疯的, 抑或者是历史环境的原因造成了她的现状。总之这一板块所传达出的是一种被压抑的“疯狂”之感。
第二个板块“恋”。与其说是“恋”倒不如说是情欲的释放。故事发生在1976年的夏天中国的某所学校。颇有才气的梁老师弹得一首好吉他, 赢得了众女职工们的倾慕爱恋。尤其是林大夫更是不掩饰她对梁老师的喜爱之情。在这段中, 导演安排了一场众人抓流氓的事, 梁老师被当成是摸人屁股的流氓, 林大夫企图通过这件事证明她二人相爱的关系却未果。有趣的是, 梁老师在真相大白, 被洗脱冤屈后却选择以自杀的方式来证明自己。在这里, 梁老师更像是那个情欲被压抑、人民无理智的年代牺牲品的象征。
第三段故事“枪”, 发生在1976年秋天中国南部的一个小村庄里。这段故事承接于第一段故事, 老唐因为犯错被下放到农村进行改造, 他到的那天正好是“疯妈”失踪的那天。枪是暴力的象征, 并且也是贯穿全剧的一个意象。每次有纷争的时候, 电影里总会响起枪声。在这看似荒诞的故事下面, 我们所感受到的仿佛仍是那个丧失理智动乱的年代。
第四段故事“梦”, 发生在1958年冬天中国的西部。这部分不仅交代了事件的前因后果, 更带有“超现实主义”的色彩。怀着孩子的“疯妈”与年轻的唐妻在旷远的西部相遇, 她们一个走向了“尽头”寻找几年前承诺下的爱情, 一个走向了“非尽头”却被告知爱人死亡的噩耗。两条道路两种命运, 最终二者交汇在了一起, 当老唐与妻子在旷野狂欢着举行婚礼的时候, 搭载着“疯妈”的火车呼啸而过。“疯妈”在火车上生下了孩子, 并奇迹般地让火车停下, 发现孩子生在花团锦簇的铁轨之上。最终, “疯妈”接受命运, 回归现实, 对着刚升起的太阳大喊“阿廖沙, 别害怕, 火车在上面停下了, 他一笑, 天就亮了”。或许作者想告诉我们的正是, 不管现实是如何的残酷、荒诞、动荡, 太阳终归会照常升起。
除此之外, 我们还不得不提精彩的配乐在影片结构中起到的作用。尤其是《美丽的梭罗河》一曲几乎在影片的每一片段中都有出现和延续, 并且运用转场进行了完美的衔接。音乐并没有打断叙事的完整性, 相反, 它恰恰从整个音乐的角度使全篇更加完整, 它已经超越了电影音乐最初“抒情”的功能, 以其“戏剧性”的功能参与了影片的二度创作, 并且使每个板块都具有了象征的意义。
由此可见, 影片叙事的结构有时可以独立成为一种“有意味的形式”而具有独特的审美感。在影像越来越唾手可得的今天, 观众对于影像的多种叙述方式已经了然于心, 所以就要求我们在传统叙事的基础上力求出新。近年来, 一些广受好评的电影, 如《盗梦空间》《记忆碎片》《通天塔》《撞车》等影片的成功都是来自于对叙事结构的把玩。其实对于叙事电影来说, 好的故事和好的讲故事的方式同样重要。当然, 花巧的结构也只有紧紧以为影片内容服务为中心才不至于成为空洞的花架而陷入“形式主义”的泥潭。
参考文献
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[3]邓秋月.《太阳照常升起》:太阳下的碎片[J].电影文学, 2013 (21) .
太阳的结构 篇2
关键词： 应用光学； 太阳模拟器； 均匀照明； 准直
引言太阳模拟器在太阳能光伏行业领域内是一种十分重要的光学检测设备，能对电池片、组件以及系统进行室内在线检测，在室外进行测试也不需要依赖天气。同时，太阳模拟器的稳定性高于随时间变化的实际太阳，它不仅能大大提高生产效率，也更加科学的对系统性能进行了标定。太阳能光伏从第一代晶体硅发展到现今第三代聚光光伏（CPV），其对太阳模拟器的性能要求也随之变化。对于传统的光伏（PV）组件，太阳光直接照射电池片。太阳模拟器只需在电池片上提供与实际太阳相近的辐射光谱、强度以及均匀度，并无对照射角度有要求。而对于CPV，太阳光并不直接照射电池片，而是经光学系统聚焦后被电池片接收，太阳模拟器必须提供与实际太阳相近的准直照射，才能确保聚光镜的正确聚焦，从而对组件进行有效测试。目前在《中华人民共和国国家标准太阳模拟器通用规范》GB/T 12637-90中[1]，对太阳模拟器进行了如表1的等级的划分，其中并无照射角度的指标，并不能完全满足CPV的需求。因此，应用于CPV的太阳模拟器具有更高的技术要求，而其实现也更具有难度。
本文从理论角度分析了实现辐照度均匀且同时具有小角度准直的太阳模拟器的设计难点，提出了一种可使辐射角度减小的系统结构，该结构还可以采用拼接的方法增大辐照面积。文章将该方案通过软件仿真进行了分析，并计算了其辐照不均匀度与准直角度。
1太阳模拟器光学系统主要组成部分及其作用太阳模拟器的光学系统主要由光源、匀光系统和准直系统三大部分组成。目前，国内外主要太阳模拟器的光源采用氙灯或与其他卤素灯的组合光源，氙灯因其光谱接近太阳光谱，通过适当的滤光片即可得到AM1.5的光谱分布[23]，同样也可以利用各单波长LED的组合配比成接近AM1.5的太阳光谱[45]。对于匀光系统，主要采用复眼透镜积分器或积分光棒[68]。用于将光源发出的不均匀光变为均匀光束。准直系统用于将太阳模拟器的光束投射出去，获得所需的照射面积和照射角度，准直系统可以分为折射式和反射式。前者适用于辐照面较小的太阳模拟器，而后者适合大面积照射的太阳模拟器[9]。2影响辐照均匀度及准直角度的因素
2.1均匀度分析复眼透镜是一种用于匀光的光学器件，当不均匀的光照射在复眼透镜上时，阵列透镜把光束分割成多个单元，每个单元局部可认为是均匀光束，通过后续透镜的作用将阵列透镜的每一单元成像，并在照射面上进行叠加，从而实现照射面的均匀。由于阵列透镜按空间排列分布，将它们成像并叠加在同一面积上时，光束将来自不同的角度，因此不易获得准直照射。导光管也是一种匀光器件，它将入射在入口一端的不均匀光斑经过其内部的多次反射，在出射端形成均匀光斑，但柱状的导光管不改变入射光线的角度，因此也不能获得准直照射。均匀发光的理想点光源置于透镜的焦点处，一般来说，可以获得准直的光束，但是点光源的准直光是否均匀？根据光的可逆原理，将一均匀的平行光束，经透镜聚焦，设透镜为理想透镜，以横坐标表示光源发光角度，纵坐标表示光源辐射强度，如图2所示，在焦点处考察点光源的强度分布。图2（b）所示的结果表明，点光源均匀发光并不能获得均匀的准直光，这是由于照度与距离的平方成反比。由于边缘光的距离长，因此点光源发出的大角度光束边缘角度必须比中间的近轴光有更高的光强，才能获得准直的均匀光束。
2.2准直度分析理想的点光源位于透镜的焦点，可以获得准直的平行光出射。一般来说，光源尺寸越小，光学系统准直起来越容易。若尺寸为A的光源位于孔径为D的透镜的焦平面处，其出射角度与A和f相关，如图3所示综上所述，若对单光源而言，既做到准直出射又要辐照均匀，需要满足两点：（1）光源尺寸与准直透镜焦距比例越小，准直性越高；（2）光源强度分布，随角度增大而变大。准直光束的获得还可以通过采用扩束系统，太阳模拟器属于照明系统，符合扩展度守恒，在扩展度一定时，角度与辐照度互相制约，角度越小，辐照面积变大，扩束系统将小面积的光束扩束为大面积的光束，在扩大面积的同时也就实现了准直。同时根据能量守恒定律，随面积增大，辐照度值也将变小。3太阳模拟器光学系统的方案本文提出了一种太阳模拟器结构，如图4所示。它对均匀度和准直度进行了综合考虑。本文采用氙灯作为太阳模拟器的主要光源，其光谱分布接近太阳光谱[10]，球形氙灯的光强分布见图4。为了提高光能利用率，氙灯将配合椭球反射面使用，把有一定体积的氙灯放置在椭球面反射镜的第一焦点处，在椭球反射面的第二焦点处形成一会聚光斑。光束的会聚角度主要由反射镜的两焦距f反1、f反2及其孔径D决定[11]，其焦斑处的强度分布随角度的增大而减小；本文采用的匀光器件为导光管积分棒，其入口在椭球反射镜的第二光斑处，端面大小为光斑的外接正方形，导光管对光斑进行多次反射，设计其长度使得在出射面形成均匀的辐照面；本文采用的准直系统为倒置的望远系统，距导光管出射端距离为其前会聚透镜的焦距f1，后准直透镜与前会聚透镜的距离为两焦距值之和，组成一倒置望远系统。设导光管出射端面面积为A1，辐照出射面积为A2，导光管出射光半角度为θ1，准直透镜出射光半角度为θ2，由于扩展度守恒，n1A1sin2θ1=n2A2sin2θ2，其中n1为入射进会聚透镜空间折射率， n2为准直透镜出射方空间折射率。通过选用不同焦距f1、f2的透镜对光束进行不同比例A2/A1的扩束，同时使其出射准直角度θ2改变。系统结构如图5所示：
4.3.2准直度状况准直度与入射角有关，首先需选择合理的入射角。假设在1 000 W光源出射后，经过全部理想透镜的情况下，接受面的能量为610 W，其光学利用率为60%，主要的能量损失是一部分光并没有入射进导光管。对于同一孔径D和f反1的反光碗，f反2越大，其汇聚的角度也就越小（即矩形导光管的出射角），然而θ1太小的话，为了保证反射次数以满足均匀性要求，其导光管的长度势必增长，不利于结构的紧凑性。因此，合理权衡选择θ1的最小值，可以得到具有更好准直性的出射光，也将缩小后续光学系统的结构尺寸。这里，选择的入射角为18°。在软件的仿真结果中，通过辐射强度图得到了探测器接受到的光强随角度变化的曲线。透镜的焦距比f2/f1=4，入射角18°，因而理论角度为4.5°，从图9（a）中得到体现。图9（b）中，80%的光能辐射在接收器内角度小于4°，最大的角度为6°。比理论的4.5°大些，这是由实际透镜的球差、准直透镜前焦平面的轴外像差以及系统瞳窗尺寸未匹配等因素导致。
5结论本文首先从太阳模拟器光学性能指标的理论分析着手，找到设计其光学系统的重点与难点，并以此为理论依据，用导光管对光源进行匀光处理，用扩束系统将光束进行准直。通过选配不同大小焦距与孔径的透镜使辐照面面积可调，均匀度高，出射角度小。由于受扩展度守恒的制约，准直性越高，其辐照度值越低。所以，这种透射式结构的太阳模拟器其整体光学结构横截面尺寸小于出射辐照面尺寸，它不仅能对单个小面积的CPV聚光系统中的单个电池片或聚光透镜进行检测，也可以通过排列组合的方式拓宽其辐照面。结合以上两种方法，可获取任意大小面积及满足辐照度大小的太阳模拟器，且其准直角度小，适合于CPV领域内对多种不同场合下的检测。
参考文献：
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太阳的结构 篇3
关键词：陶瓷,太阳能房顶,储能水箱,热水
1 陶瓷太阳板
太阳能收集器的核心部件是太阳能集热体。陶瓷太阳板采用全新的材料、结构、制造工艺,是在瓷质通孔扁盒结构[4]基体上覆盖以提钒尾渣为主要原料的钒钛黑瓷泥浆层,经1 200℃一次烧结成为基体是普通陶瓷,表面是立体网状黑瓷阳光吸收层的复合陶瓷制品,立体网状黑瓷层有无数小孔,阳光进入小孔后难以逃逸,具有很高的集热效率。
经国家有关部门、国家太阳能热水器质量监督检验中心检验,表面阳光吸收率0.95,陶瓷太阳板具有瓷质材料通性,强度大、硬度高、热稳定性好、不腐蚀、不老化、不退色、无毒、无害、无放射性、吸水率<0.5%、阳光吸收率不随时间衰减、可具有与建筑物相同的使用寿命。已经证明陶瓷太阳板是一种成本很低、寿命很长、效率很高的太阳能集热体。
陶瓷太阳板获中国、日本发明专利,在韩国上市,已规模化生产,正在开发建筑太阳能市场。
2 锚桩结构黑瓷复合陶瓷太阳能房顶——与建筑一体化、与建筑同寿命
太阳能热水系统与建筑结合,就是把太阳能热水系统产品作为建筑构件安装,使其与建筑有机结合。安装在建筑上的太阳能集热器正常使用寿命一般都不超过15年,而建筑的寿命是50年以上。因此,现有太阳能热水(器)系统要与建筑一体化、与建筑同寿命,需要实现重大技术进步。锚桩结构黑瓷复合陶瓷太阳能房顶成本低、寿命长、效率高,与普通房顶共用结构层、保温层、防水层,可以符合上述要求。
普通房顶基本组成是结构层、保温层、水泥层、防水层。一般房顶是实心房顶,采用湿法施工,一般斜房顶采用各种瓦片作为防水层。这些结构都比较复杂,施工工期长,消耗材料多,人工工时长,成本比较高。通常太阳能房顶结构更加复杂,材料昂贵,建造成本更高。
传统斜屋面是在房顶基础层上依次用20 mm厚水泥砂浆找平,100 mm～200 mm轻质材料与水泥砂浆的混合物作为保温层,20 mm厚水泥砂浆找平,防水卷材,35 mm厚细石混凝土找平,内配钢筋防裂网,40 mm厚水泥砂浆粘贴黏土瓦或者琉璃瓦,黏土瓦70元/m2～100元/m2,琉璃瓦100元/m2～300元/m2,四、五道湿法施工,用瓦片达到可靠防水对施工水平有较高技术要求,人工费比较贵。通常房顶的功能是隔热、保温、防风、防雨、防晒等,要求本身有一定的重量,与房顶基础层有一定的结合力(湿法施工),防止刮大风破坏屋面,造价是240元/m2～700元/m2。
锚桩结构黑瓷复合陶瓷太阳能房顶取消找平层,取消湿法施工,以3.2 mm钢化玻璃代替瓦片,可以简化普通房顶的结构,简化空气太阳能房顶的结构,减少材料消耗,提高施工效率,减轻劳动强度,降低房顶成本。
锚桩结构陶瓷太阳能房顶由低值防水层、保温层(70 mm苯板、20 mm聚氨酯板、8 mm纤维水泥板)、陶瓷太阳板、3.2 mm超透钢化玻璃板、锚桩件、连接配件、管路、控制器、水泵、保温水箱组成。陶瓷太阳能房顶采用保温水箱放在房顶下面的单水泵控制系统,解决了防冻问题,减少了热能损失,经过几年冬天使用,证明安全可靠。
在建筑物房顶基层的周围设置边框,在边框的顶部和底部设置可以开关的闸门,锚桩结构陶瓷太阳能房顶中的陶瓷太阳板支撑结构和透明盖板支撑结构采用锚桩结构,以锚桩结构支撑陶瓷太阳板和透明盖板,防止陶瓷太阳板下滑并且承担透明盖板的重量及防止透明盖板下滑。在建筑物房顶基层上分布、固定螺栓和短棒,螺栓和短棒的下端预先埋设在房顶基层里或者房顶基层完成后将螺栓和短棒的下端与基层固定,在房顶基层上铺设保温材料。螺栓用于调节玻璃板的高度、定位、固定、拉住玻璃板,短棒用于支撑玻璃板,螺栓和短棒的分布密度足以支撑玻璃板和在玻璃板上操作人员的重量。玻璃板放置在边框、螺栓、短棒的上面,与螺栓位置对应的玻璃板上有孔,调节下面螺帽的高度,拧紧螺帽或者拧紧固定螺栓,以调节玻璃板的高度、定位、固定、拉住玻璃板,螺栓与短棒的共同作用使玻璃板实现了能够抵抗各种外力的稳定状态。玻璃板之间采用互相搭接的方式以防水,上下玻璃板之间有不锈钢S钩,防止上面玻璃板下滑,最下面的玻璃板顶在下面边框的侧面上,以防止玻璃板下滑,玻璃板之间及玻璃板与边框之间的接触部位用硅酮胶结合和密封。
玻璃板分为上层有孔玻璃板和下层无孔玻璃板,上层有孔玻璃板的两侧部分压在下层无孔玻璃板上面,即上层有孔玻璃板与下层无孔玻璃板形成上下搭接,所有玻璃板下面都有短棒支撑,上层有孔玻璃板被螺栓定位、固定,所有玻璃板都处于固定状态,防止人为或者自然力量如刮大风时掀起玻璃板造成破坏,提高了可靠性和安全性。
玻璃板是3.2 mm厚度的超透钢化或半钢化玻璃板,也称作3.2 mm超白钢化或半钢化玻璃板或者是3.2 mm厚度的超透钢化或半钢化的压痕玻璃板,也称作压花玻璃板,压痕玻璃板表面不反光。下面边框的高度高于其他部位边框的高度,高出部分用于顶住最下面的玻璃板。
保温材料上面放置硅酸钙板或者纤维水泥板,以保护保温材料,防止其在阳光长期照射下老化,延长使用寿命。
短棒的上表面与玻璃板之间用导热系数比较低的材料隔离,以减少热损失。
任何陶瓷太阳能热水系统在不加热的时候,都应该将热水排入保温水箱,这既是保存能量也是北方冬天防止陶瓷太阳板冻裂的主要手段。陶瓷太阳能房顶应该采用集热器的底部高于水箱顶部的动力(水泵)循环系统,与建筑同寿命的陶瓷太阳板可以具有几十年以上的使用寿命,所以需要更高的排水可靠性,由于产品质量、人为失误、机电故障产生的截止阀错误状态的机率会抵消陶瓷太阳能房顶的长寿命,最好不要在循环系统主管道中安装任何截止阀,系统只有两种状态:水泵不工作,水流回水箱,瓷板中没有水;水泵工作,陶瓷太阳板中的水经过保温水箱流动不会结冰。即便供电、电路、管理、水泵等出现问题,也不会损坏陶瓷太阳能房顶。
陶瓷太阳能房顶与原房顶共用结构层、保温层、防水层,与建筑一体化、与建筑同寿命,造价低廉。陶瓷太阳能房顶具有长期稳定的热效率(每日供热量8.6 mJ,高于国家标准的7.0 mJ),结构简单、保温隔热效果好于传统房顶。
3 结语
我国现有建筑房顶、南墙面各100亿m2,每年各新增5亿m2,黑瓷复合陶瓷太阳板可开发建筑太阳能市场,联合建筑部门,建造陶瓷太阳能建筑,根据黑瓷复合陶瓷太阳板成本低、寿命长的特点,推广全面积陶瓷太阳能房顶、全面积陶瓷太阳能墙面,提供高温热水,提供采暖、调节室内湿度,为实现太阳能的高品质利用做出贡献。
参考文献
[1]复合陶瓷太阳板[P].中国专利:200910007128.X,2010.
[2]民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S],GB50364-2005.
[3]黑瓷复合陶瓷中空太阳能集热板[S].山东天虹弧板有限公司企业标准,Q/3700THB,2010.
太阳的结构 篇4
关键词：光伏跟踪系统,传动结构,控制系统,理论探讨
1 前言
太阳能作为一种清洁无污染的能源, 发展前景非常广阔, 然而它也存在着密度低、间歇性、空间分布不断变化的问题, 这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。太阳能光伏发电装置采用跟踪技术可以提高光伏电池的使用效率, 从而有效降低整个发电系统的成本。跟踪系统作为承载整个太阳能光伏系统的结构, 具有极其重要的作用。本文主要对跟踪器结构的设置以及可行性的方案进行研究。
2 理论探讨
2.1 整体结构
以跟踪器 (图1) 为例我们可以看到, 该跟踪器主要机械结构有支架、轴承座、轴与轴承、蜗轮蜗杆传动系统、箱体支架。同时, 还有伺服系统、位置传感器、行程开关传感器、伺服电机等控制系统。
2.2 轴承结构及配合
在整个跟踪系统中, 支架部分承载整个跟踪器的负荷, 其设计和制造应体现牢固稳定的特征, 应采用圆筒形结构钢材质, 该结构稳定, 装卸方便, 制造与采购方便, 下表面焊圆盘与底面相接, 并焊接支撑肋板增加其强度。
支架上面是轴承座, 其作用是支撑轴承。
轴承套在轴承座上, 起到滚动或者滑动的作用, 使轴转动并保持稳定。这一部分主要应考虑以下几个问题: (1) 轴承座与下面支架同轴的问题。 (2) 轴承座与轴承相连部分公差选择以及加工精度的问题。 (3) 轴承座的安装问题。
轴承座内为传动轴。传动轴作为传动部件, 主要应注意的就是轴表面公差配合加工精度以及轴长的选择。轴加工精度的选择主要用来保证轴与轴承的之间的连接, 这部分的连接影响了转动的精度, 因此, 轴与轴承连接部分的加工需要有较为严格的要求。
2.3 蜗轮蜗杆的配合
蜗轮蜗杆作为一种普遍采用的减速传动装置, 其作用一是传递扭矩, 二是减速。同时, 当蜗杆的导程角小于轮齿间的当量摩擦角时, 该装置还具有自锁功能, 能够在机器停止运动的时候自我固定, 不会因外力的改变而转动。
蜗轮蜗杆的配合主要应该考虑以下3点:中心距离的把握;承受扭矩的计算;侧隙的控制。
其中, 中心距离的把握同侧隙的控制以及产生的扭矩量均有关系, 因此十分重要。如果中心距离过大, 将会使侧隙变大, 传动精度将会明显降低, 同时扭矩也将减小;而如果中心距离过小, 将会使蜗轮蜗杆咬得过紧, 使传动变得困难, 时间久了磨损较大, 会降低零件寿命。
因此, 不但要在设计上对中心距离进行把握, 同时应该在加工制造上进行严格要求。
2.4 蜗轮所在传动轴的选择
传动轴作为整个跟踪器最为重要的部分, 其作用是支撑负载以及传动, 使整个负载可以通过控制按照所要求的方向旋转或停止。这一部分我们主要关心的问题是轴与轴承的选择以及它们之间的配合。
转动轴作为支撑部件, 其意义在于不但承载了上面的重量, 同时带动上面负载进行转动。但是实际上作为支撑部件的是轴承, 并不是轴, 因此, 对轴承的选择十分重要。同时, 轴承的性能指标以及承载能力是研究的重点。
在轴的确定上, 轴长的选择也影响到了传动精度, 因为轴越长, 轴转动时候跳动的量所对应的角度越小。在设计时应考虑轴长对传动精度的影响, 并将之放在整体设计方案中。
2.5 箱体支架的选择
如图2, 箱体应体现安装方便, 维护方便, 密封可靠, 对准精度高等特点。主要有以下几方面要求: (1) 防潮防水。控制箱体内部水汽, 防止聚光镜表面聚集液化水汽而影响聚光质量, 同时还要注意防水密封, 使雨水能不进入箱体内部。 (2) 密闭。防止进入灰尘, 因为灰尘聚集会干扰光聚光效率。 (3) 对准精度。即表面的聚光镜片要与下面电池片保持相对平行, 并一一对准, 这个精度主要通过箱体一体化加工来保证, 并需要校准。 (4) 散热。作为聚光系统, 所聚集的光具有极大的能量, 同时电池片通过光电转换也会产生一部分热量。这些热量如何散掉是重要问题。电池下面要放置散热片, 同时箱体底板做散热装置均为有效控制热量的解决方案。 (5) 压强。空气会因为受热而膨胀。由于箱体通过聚光镜吸收热量, 导致内外热量不平衡;或由于外部变热, 而内部过冷, 这两种情况均会产生压强差, 使聚光镜发生或大或小的形变, 影响聚光效率。
2.6 支架的选择
支架的选择尽量遵循使负载靠近转轴所在轴的原则, 这样, 使负载的重心尽量靠近旋转中心, 减少了不必要的功耗, 增加了设备的稳定性。支架的安装及选择还要注意采用何种搭配方式安装, 以及承载力矩的问题。
2.7 电机的选择
电机有很多种, 其中伺服电机最为可靠和方便。其主要原理:伺服电机内部的转子是永磁铁, 驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场, 转子在此磁场的作用下转动, 同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器, 驱动器根据反馈值与目标值进行比较, 调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度 (线数) 。
选用伺服电机控制方便, 技术成熟。同时, 与测量太阳方位的光敏传感器在控制系统上相互结合也较为妥当。
3 结构设置
3.1 跟踪器的结构设置所应考虑的问题
(1) 设计上应尽量符合以上叙述的原理与内容。 (2) 针对特定负载进行适当调整。 (3) 同时具有高精度高成本以及低精度低成本两套方案。 (4) 对控制部分提出要求, 需要主控部分对机械的无法预测的跳动或变化进行调整与补差。
3.2 跟踪器的跟踪精度探讨。
跟踪器作为一个精密机械, 其机械结构大, 同时要求精度高。跟踪精度是太阳能跟踪装置重要指标之一。一般来说, 装置规模越大, 要求的跟踪精度越高。因此, 不但要在机械精度上进行保证, 同时在控制部分应该予以配合与调整, 使最终的跟踪精度能够达到预定的要求。
首先, 在设计过程中要保证可以承受负载的转动, 这需要通过承载负载的轴承来保证。
其次, 对负载的传动的驱动元件电机进行设置。电机的设置涉及到转动物体的角加速度、负载物体的材质、形状、尺寸等。另外, 由于应用了伺服控制系统, 所以尽量选用伺服电机, 方便控制。
最后, 对加工精度提出要求。加工精度以及公差配合始终是制约仪器机械精度的主要原因, 标注好公差以及保证加工精度是使跟踪器最终能够达到跟踪精度的主要保证。重点注意以下几点: (1) 轴和轴承的配合。 (2) 法兰盘与轴承的配合。 (3) 滚子与盘的配合。 (4) 蜗轮蜗杆的配合。 (5) 轴承与轴承座配合。
以上因素均应考虑在设计的过程中。同时, 由于各个工厂加工水平的不同, 能否保证高精度的加工精度, 同样应做到心中有数。这样, 最终的产品精度就可以尽量接近实际跟踪精度。使整个设计达到最初要求的精度范围内。
4 两个方案
如表1所示, 分别为高精度方案以及低精度方案。高精度方案可行性较高;低精度方案具有实际应用价值, 是一个极为重要的工程尝试。
在实际的结构设置中, 还要考虑很多应用的因素, 在前期的设计制造中应给予足够的重视。
5 结语
本文从原理探讨和结构设置两部分对跟踪器可行性进行研究, 并从机构设计、机械加工、动力控制等角度加以分析, 借以证明其可行性。
跟踪器的设计和制造, 从理论上基本能够满足应用的要求, 但是在实际的生产应用上, 还需要多方协商改进。尤其是结构设置的好坏直接关系到最后产品的生产制造以及科研应用。
参考文献
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[2]陈维.太阳能利用中的跟踪控制方式的研究[J].新能源及工艺, 2003 (3) :18.
太阳的结构 篇5
我国是太阳能安装总量最大的国家之一,折合成每千人的使用总量也处于前列。太阳能的光伏板结构经过30年的发展,经历了几个发展阶段,形式上和质量上都有提高和进步,应用范围从科研到民用,安装规模从小型到大型不断发展。随着实际使用和应用的需要,人们对太阳能光伏板的要求越来越趋于轻型化与小型化,大面积的光伏板如何利于搬运、安装、使用,如何巧妙地运用到特殊环境的实际使用之中,是长期以来摆在太阳能设计者面前的问题。在诸多的太阳能光伏板的外形设计当中,本文主要介绍一种在特殊环境下,特别是移动物体和车辆上使用的太阳能光伏板结构,这种太阳能光伏板结构利用抽屉式原理,可将太阳能光伏板伸缩,也就是把几层的太阳能光伏板装在一个盒子里,这种盒子可随太阳能使用的需要,将盒子里的太阳能光伏板一个、二个、三个或全部打开,使有限的空间得到最大限度的太阳能收集利用。
2 涉及的技术领域
太阳能是当前能源利用中比较敏感而热门的话题,尤其是生产企业,环保、降低排放就是一项硬指标,要使指标得以顺利落实,就要减少传统常规能源(如煤炭、石油)的消耗,减少温室气体的排放是其主要实现途径。然而,这种途径还有很长的一段路要定,而摆在我们面前的问题却是保护环境的迫在眉睫。太阳能以其零排放、清洁及用之不竭的能源特性,使人们又有了能源利用阔步前进的憧憬。这里阐述的抽屉式多层车用太阳能光伏板结构的设计,涉及的技术领域有太阳能利用领域,具体技术要点是一种太阳能光伏板结构,尤其是移动式(车用)太阳能光伏板结构。
3 结构背景技术
太阳能利用技术目前比较注重采取提高能源效率和改进光密切相关的问题,尤其是使用太阳能作为动力或补助动力的电动车辆,因其受场地、面积、空间等现实问题的制约,更是成为开发研究的对象。
现有的车用太阳能光伏板结构,通常采用太阳能光伏板结构一板式、一板层结构,安装在电动车车顶上,用来吸收太阳能热能,使热能转变成电能向车内电瓶充电,达到太阳能往电动车充电的效果。这种太阳能光伏板结构由于采用的是一板式、一层式结构,太阳能光伏板面积小,接受太阳光热能少,转化的电能不多,使电动车得到的充电量有限,不能满足电动车的使用需要。因此,这种车用太阳能光伏板结构设计得还不尽合理,不能充分利用太阳能热能资源,不符合标准化的发展趋向。
4 结构发明内容
新设计的抽屉式多层车用太阳能光伏板结构的目的在于提供一种解决现有车用太阳能光伏板结构存在的缺点的方法,抽屉式多层车用太阳能光伏板结构的主要发明点是增加太阳能副光伏板3块,把增加的太阳能副光伏板设计成抽屉式多层结构,第一层为太阳能主光伏板,第二层为太阳能副光伏板一,第三层为太阳能副光伏板二,第四层为太阳能副光伏板三。并随太阳能充电的需要和随电动车使用时的空间需要,随时可拉出一块、二块或三块,太阳能副光伏板使太阳能光伏板的面积增加,增加接受阳光的面积,增加热能接受,增加充电量,使电动车充分充电。解决了太阳能光伏板面积小,接受太阳光热能少,热能转化的电能不多的问题。
这种新型的抽屉式多层车用太阳能光伏板结构是在现有车用太阳能光伏板结构的基础上,增设了3个太阳能副光伏板。具体结构描述如下。
抽屉式多层车用太阳能光伏板结构包括太阳能主光伏板、太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三,其特征概括如下。
抽屉式多层车用太阳能光伏板安装在电动车车顶上,太阳能主光伏板右、后、左3个方向分别设有3个伸缩活动式太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三。
抽屉式多层车用太阳能光伏板结构分为4层,太阳能主光伏板为第一层,内设3层,分右、后、左3个方向设有内抽屉式装置,使太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三能抽出、推进。
太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三设置在太阳能主光伏板的右、后、左3个方向,抽屉式装置把太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三推进太阳能主光伏板内,也可以把太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三拉出太阳能主光伏板外。
太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三可分右、后、左3个方向按需要单独分别推进、抽出,也可按需要沿右、后、左3个方向同时推进、抽出。
抽屉式多层车用太阳能光伏板结构增加了太阳能副光伏板3块,把增加的太阳能副光伏板设计成抽屉式多层结构,使太阳能光伏板的面积增加,解决了太阳能光伏板接受阳光的面积小的问题,增加热能接受,增加充电量,使电动车太阳能充电得到保证。抽屉式多层车用太阳能光伏板结构示意图如图1所示。
注:1—主光伏板;2——副光伏板一;3——副光伏板二;4——副光伏板三。
5 结构实施方式
原有技术的车用太阳能光伏板结构不设太阳能副光伏板,接受太阳光充电方式:一板式、一层式结构的太阳能光伏板,安装在电动车车顶上,主光伏板用来吸收太阳能热能,使热能转变成电能后向车内电瓶充电。缺点是这种车用太阳能光伏板结构由于采用一板式、一层式结构,主光伏板面积小,接受阳光热量少,得到的热能转化的电能不多,使电动车充电不充分,不能满足电动车的使用需要。
图1是新设计的新型抽屉式多层车用太阳能光伏板结构示意图。新设计的新型太阳能光伏板是在原来的基础上增设太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三。做功方式:抽屉式多层车用太阳能光伏板安装在电动车车顶上,太阳能主光伏板用来吸收太阳能热能,使热能转变成电能后向车内电瓶充电;如需要增大太阳能热能,增强发电功能,可分别抽出太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二或太阳能副光伏板三,也可以根据需要,同时抽出太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二、太阳能副光伏板三,使太阳能光伏板面积增大,增加热能接受,增加充电量。如需要减少太阳能光伏板面积,可分别推进太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二或太阳能副光伏板三,也可同时推进太阳能副光伏板一、太阳能副光伏板二或太阳能副光伏板三。这种抽屉式多层车用太阳能光伏板结构更加适合特殊场合的需要。
6 结构发明意义
减少传统常规能源(如煤炭、石油)的消耗量,减少温室气体的排放,保护生态环境。走经济社会可持续发展道路,势必要走新能源的发展道路,太阳能资源开发利用,有许多特殊的领域需要研究和开发,这里设计发明的新型抽屉式多层车用太阳能光伏板结构对今后的新能源车辆发展具有重大的战略意义。
由于设计的新型抽屉式多层车用太阳能光伏板结构具有前瞻性,在太阳能利用领域中有一定程度的技术超越,有利于太阳能产品的升级,这种太阳能光伏板结构已向国家知识产权局专利局申报了“实用新型”专利,国家知识产权局专利局依照这种太阳能光伏板结构发明设计的新颖性和创造性,已授予实用新型专利权。专利号为ZL201420005241.0 (如图2所示)。
随着国家专利的对外公布,这种新型抽屉式多层车用太阳能光伏板结构更加为社会所了解,进而将会得到社会同行的广泛关注。
7 预测社会使用范围
新型抽屉式多层车用太阳能光伏板结构的使用领域很广,包括民用发电、车辆用电,以及航天、军事等诸多领域,利于使用和借鉴。新型抽屉式多层车用太阳能光伏板结构经投入安装在电动车上使用,解决了一板式、一层式结构的太阳能光伏板太阳能能量接收量少的问题。这种新型太阳能光伏板结构的设计向外公布后,会在一定范围内引起共鸣与聚焦,相信会有一些国内乃至国外的太阳能利用的制造行业的设计者将共同参与此项设计的再深层次讨论,使太阳能光伏板结构的发明技术不断升华,使其得到普及应用,造福社会。
8 结语
抽屉式多层车用太阳能光伏板结构的发明设计受到国家知识产权局专利授予的实用新型专利权。跟所有的设计一样,该项专利技术会有一个发展过程,总会走一段适应发展的路,从简单到复杂,从单一功能到复合功能,将会朝着轻巧、实用和适应性强的方向逐渐走向成熟。只要设计构思根据使用实际,适合于实际使用,所设计的构思方案就会产生价值,就会被采纳,就能得到社会的认可。
摘要：文章设计的抽屉式多层车用太阳能光伏板结构,提供一种解决现有车用太阳能光伏板结构存在的缺点的方法,抽屉式多层车用太阳能光伏板结构的主要发明点是增加太阳能副光伏板3块,并把太阳能副光伏板设计成抽屉式多层结构,副光伏板可推进或抽出使用。解决了太阳能光伏板面积小、接受太阳光热能少及得到热能的电能转化不多的问题,使电动车充电受到限制的问题得以解决。
关键词：抽屉式,太阳能,光伏板,结构,电动车,电能
参考文献
太阳能电池产业结构面临调整 篇6
政策支持为太阳能电池产业带来机遇
随着中国《可再生能源法》的颁布实施, 未来两年中国光伏产业规模将迅速扩大, 中国的太阳能电池产业逐渐走向成熟。国家4万亿元的投资中, 节能环保和新能源行业将扮演重要角色, 这些投资将有力带动太阳能电池产业的快速发展。
薄膜技术迎来发展机遇
众多的非晶硅光伏电池技术中, 薄膜太阳能电池技术最接近大规模产业化。未来两年, 薄膜技术的进步、转换率的提高将逐渐凸现薄膜太阳能电池的成本优势。受硅材料的限制, 各大厂商已开始转而投产薄膜技术, 2009年这种趋势将更加明显, 这将促使薄膜技术的成熟大大提前。随着各大厂商薄膜技术的陆续投入和量产, 短期内虽然不能完全取代晶体硅技术, 但凭借其成本优势, 市场份额将会迅速上升, 迎来发展的春天。
产业链面临局部调整
太阳能发电 (光伏发电) 的产业链条包括上游的多晶硅生产, 中游的硅片切割和太阳能电池片生产, 下游是太阳能电池组件生产。随着业内厂商对上游利润的逐渐摊薄预期, 将会有越来越多的企业将目光投向中下游。上游厂商和风险投资将会加大硅片切割、太阳能电池片生产的资本投入, 产业一体化的趋势有所加强。
国内市场需求有待提升
短期内, 我国太阳能电池产业对硅料原材料和终端市场的双重依赖依旧无法缓解。太阳能主要原料多晶硅90%以上须从国外进口, 而终端产品90%以上又必须出口国外市场。国内市场对太阳能电池的需求有待提升。
槽式太阳能聚光器结构特性研究 篇7
太阳能作为一种新能源其利用形式主要有三种:光—热转换、光—电转换、光—化学转换。其中以光—热转换为主的槽式太阳能电站已经是技术发展最为成熟的一种,目前槽式太阳能热发电系统是唯一可以实现商业化运作的系统,其投资成本相对较低,在白天用电高峰时可以提供稳定的电能。因此,槽式太阳能热发电系统的发展必将具有十分广阔的前景。
西方国家对太阳能的利用较早,在1985～1991年间美国鲁兹公司先后建立了9座槽式太阳能热发电站,总装机容量达到了354 MW。其中最为典型的是80 MW装机容量的SEGSVII电站,主要特征为:槽式抛物面反射镜东西放置,采用单轴跟踪技术。真空管集热器的直径为70 mm的不锈钢管装在直径为115 mm的圆柱形玻璃套内。不锈钢管外壁涂有高温选择性吸收涂层,玻璃管内抽成真空,以减少热量的流失。南京春晖科技实业有限公司和河海大学新材料新能源开发研究所联合组成攻关小组,在太阳能热发电领域的槽式抛物面反射镜、槽式太阳能接收器研究方面取得了一定的进展。
为了实现槽式太阳能热发电站的进一步推广与应用,需要进一步降低发电成本,提高太阳能利用率。因此,需要对聚光器的聚光比与支架的变形进行研究,通过研究支架变形前后与聚光比的关系,提出支架优化结构形式。目前国内外许多学者对支架的结构进行了研究与优化,Schlaich等人开发了新一代的槽式抛物面聚光器,对聚光器进行了优化设计,设计后的支架零件数量较少,质量减轻。Solargenix公司开发了全铝框架的槽式抛物面太阳能聚光器。重庆大学机械传动国家重点实验室对聚光器的结构进行了优化,并测试了聚光器在不同条件下的运行数据,支架优化后的质量明显减轻。南京工业大学机械与动力学院模拟了支架在不同风速、不同角度下的运行结果,并对优化后的聚光特性进行了分析。帅永等运用蒙特卡洛射线法研究了槽式和碟式两种抛物面集热器的焦距、边界角之间的关系;yang等应用蒙特卡罗光线追踪法模拟了抛物面槽式系统的聚光特性,获得了较高的精度。
1 槽式太阳能热发电系统简介
槽式太阳能热发电站由六大子系统组成分别是:太阳辐射热能采集系统(镜场)、热交换系统、补充能源系统、汽轮机系统、发电机系统和输配电系统。其中太阳辐射热能采集系统由支架、反光镜、集热器等组成。聚光器占整个槽式太阳能热发电的发电成本的40%以上,因此,降低发电成本成了当务之急,其中有效途径之一就是采用合理的聚光系统。聚光系统应使用合理的支架结构形式,有效控制反射镜面和支架的变形,提高太阳能辐射的利用率,这将对降低聚光槽式热发电的成本有着十分重要的意义。
由于太阳辐射的能量密度较低,要想得到较高的集热温度,必须通过聚光手段来实现。槽式太阳能热发电聚光器,将太阳光汇聚形成高能量密度的光束。首先太阳光经镜面反射到集热器上,通过集热器加热管内的传热工质(油或者水),被加热的工质通过热交换器产生过热蒸汽,过热蒸汽推动汽轮机发电(图1)。
目前在聚光器中主要使用的支架形式有扭矩盒式支架、扭管式支架和间隙式。扭矩盒式支架的核心部分是底部的一个盒子状的结构,用来给抛物面镜的悬臂提供支撑。扭矩盒式支架制作简单、安装方便、质量较轻、变形较小,能够承载静负载和风载的能力(支架结构如图2所示)。在工作过程中降低了支架结构的弯曲变形,从而具有较高的光学性能。
2 槽形抛物面聚光器
抛物线是唯一可将平行光聚焦于一点的型线。槽形抛物面的光孔就是槽的开口宽度,其大小决定了聚光器输入的总能量,其焦距的距离决定了太阳像的大小,在聚光系统的焦平面上,像的能量密度和光孔宽度以及焦距大小密切相关。抛物面聚光器的聚光比,主要决定于相对光孔,并与接收器的形状也有一定关系。
几何聚光比表示聚光接收器接收的阳光开口面积与吸热管表面积的比值。太阳辐射经光孔进入聚光器,由反射面将其聚焦到接收器。一般来说聚光器的聚光比越高,则聚焦中心达到的最高温度就越高。
槽形抛物面聚光器光孔宽度设为b,槽长为l,聚光集热器的即热效率为η,单台集热器可获得的有用能量收益为q(图3)。则:
q=ηblI (1)
其中:I为太阳直射辐射强度(kW/m2),bl为抛物面聚光器的光孔面积。
能量聚光比是聚焦到接收器上的平均太阳辐射能对入射太阳辐射能的比值。若投射到光孔上的入射太阳辐射能为I,由于镜面存在误差,导致最终汇聚到接收器上的平均太阳辐射能降低为IR。
则 CE=IR/I (2)
式中:CE为能量聚光比,I为投射到光孔上的入射太阳辐射能,IR为最终汇聚到接收器上的平均太阳辐射能。
理想聚光器聚光比的公式为:
C=Aa/Ar (3)
式中:Aa为光孔面积,Ar为接收器的面积;
若令光孔面积Aa→∞,接收器的面积Ar→0,则有 C→∞。
聚光器光孔的半采光角为Ф,则聚光器的最大采光角为2Фmax,在该角度内投射到光孔上的太阳辐射,能够完全被接收器接收。即聚光器线聚焦的最大聚光比为
Cmax=1/sinφmax。 (4)
3 矩形扭矩盒式聚光器支架受力分析
随着槽式太阳能热发电的商业运行,各国都意识到太阳能聚光器对太阳辐射利用的重要性,对太阳能聚光技术进行了研究,研究人员对支架的结构进行了改进。20世纪90年代,Schlaich等人开发了抛物槽式聚光器,该聚光器在结构上增加了矩形扭矩盒。扭矩盒是通过焊接和螺钉连接起来的金属结构,中间有一个正方形十字交叉部件,这种支架零件数量较少,安装维护方便。
聚光器是太阳能热发电系统中的关键部分,反射镜安装在支架上,入射光经反射镜反射后到达接收器。反射镜的安装直接影响太阳能的利用率,因此,支架在运行过程中要有足够的刚度和良好的抗疲劳能力;支架质量尽量减轻传动容易、能耗小制造成本低,能够长期稳定运行。
支架设计要求为:1) 正常工作最大风速为6级风,可抵御8级风;2) 在有相关措施的情况下,10级风以下具有不损坏反射镜的功能;3) 支架在自重和风载的条件下变形要小。
通过对支架的分析从图4可以看到,支架的应力主要集中在两边的斜支撑上面,特别是在支架的端部。从图5可以看出支架由于承受自身质量和外载荷、风载等,支架变形明显,支架端部变形位移较大,结合表1从结构参数可以看出支架变形后严重影响了聚光器的聚光比。图6对支架的一些参数进行了敏感度分析,从图中可以看出,该参数对支架的影响为线性关系,图7是单个支架的结构示意图。从表1可以看出优化后的支架聚光比变大,开口宽度变大,焦距变小。这都有利于提高支架的聚光比,符合支架优化的要求。
4 反射式聚光器设计
槽型抛物面聚光器的焦距尺寸决定了聚光器的焦线位置,由此决定了抛物面的加工型线,接收器为圆管的槽形抛物面聚光集热器,其集热管存在一个最佳直径尺寸(Dmin),能够完全接收来自反射镜的反射光线。如果集热管的直径D<Dmin,则会出现漏光现象,即集热管只能接收到一部分太阳反射光。
理想光学系统,在镜面没有加工误差和跟踪系统准确的情况下,求太阳反射光线完全落到接收器上的平均光线长度Rn,
Rn的平均值为
对式(4)进行积分运算求的平均光迹长度。
式中,m为聚光器的相对光孔宽度, f为聚光器的焦距,对式(5)是进行求导得当m=4√3 时聚光器的最大采光角为 φmax=120o,这表明抛物面的焦点落在聚光器光孔平面以内。
聚光太阳能集热器有聚光器和接收器组成。聚光器一般由反射镜或透镜组成,主要有抛物面式反射镜、菲涅尔式透镜、菲涅尔式反射镜等。聚光器主要有圆形接收器和抛物槽式聚光器等,其中抛物槽接收器已经在电站实际应用。
槽型抛物面聚光器,太阳辐射从镜面顶点和镜面边缘点(xn,yn)反射出去的光线到达焦点出的尺寸分别为W和W/.从镜面顶点到边缘点的全部镜面反射辐射均可落到接收器上,接收器的长短轴分别为:
W=2ftanδs (9)
式中:W/和W分别为聚光器的长轴和短轴,xn为镜面边缘上的一点,f为聚光器的焦距,δs为圆面张角,θ为边界角。
当W/>W在满足上述条件时,太阳光从各个点反射出去的光线完全能够落在抛物面接收器上的条件下,槽式抛物面聚光集热器集热管的形状可以为圆形、椭圆形和橄榄形。
5 结论
1) 优化后支架的焦距明显变小,开口宽度变大,采光口面积变大,聚光比增大,提高了太阳辐射的利用率。支架变形更小,为进一步分析聚光器的光学性能分析提供了条件。2) 通过对支架进行优化,支架的材料减少,同时满足了支架的强度和刚度要求,使支架更容易运输、安装维护。3) 支架变形后,开口宽度变大,焦距变小,可能会发生反射光有一部分被集热光吸收,有一部分偏出,可以通过对优化后支架的开口宽度与焦距重新设计集热管的直径,使设计的集热管能够完全接受来自反射镜的光线,从而充分利用了太阳能辐射。
参考文献
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太阳的结构 篇8
对太阳能的利用中主要有光热、光电、光化学及光生物等,太阳能热水器则是通过光—热转换原理来实现对太阳光的利用。主流的太阳能热水器主要分为真空管式与平板式两种,真空管太阳能热水器的发展比较早,也是我国目前使用最多的一种。而平板太阳能热水器因其与建筑的完美结合现已在国外普遍使用,其中欧美及日本等发达国家地区平板型太阳能热水器占太阳能热水器市场份额的90%以上。
太阳能选择性吸收薄膜是太阳能光热转换中极其关键的材料,也直接影响着太阳能热水器的集热效率和加工成本。世界上许多国家都在尝试着利用不同材料及制备方法来获得性能优良稳定的膜系结构,但目前在制备该薄膜的过程中仍存在着生产成本高、效率低、污染环境等一系列问题。鉴于前人所做的研究,本研究做了创新,即分别对铝箔基底进行电化学处理,考察并分析了基底微结构及表面氧化层对薄膜光学性能的影响。
1 实验部分
1.1 太阳能选择性吸收薄膜的条件及其制备方法
太阳辐射能量主要集中在0.3~2.5um波长范围内[4],即可见光和近红外光。当辐射通过物质时,其中某些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离子或分子等)选择性地吸收从而使辐射强度减弱,这就是辐射的吸收。其吸收的实质是吸收使物质粒子发生了由低能级向高能级的跃迁。但太阳能选择性吸收薄膜在吸收太阳能的同时自身也对外辐射能量,主要以红外区的长波辐射为主。因此,在保证对可见光及近红外光有较高的吸收率α的同时,为了减少辐射热损失,要求吸收薄膜在红外光区有尽可能低的发射率ε。
常用的选择性吸收薄膜的制备方法有气相沉积法、电化学沉积法、涂料涂覆法、溶胶-凝胶法和热喷涂法等[2,5,6,7,8,9,10,11]。本研究采用气相沉积法里面的磁控溅射来制备太阳能选择性吸收膜系。
1.2 薄膜制备
该实验中的膜系如图1所示,自顶至底依次使用减反层、吸收层和红外反射层的布局。吸收层由金属含量不同的双层金属陶瓷层组成;同样使用AlN作为减反射层,使得更多的可见光及近红外光被吸收过来;红外反射层同样采用铝层来反射红外光,以免过多的热量辐射出去从而降低发射率。
在制备的基底上镀膜时所用的靶材为不锈钢靶和金属铝靶(纯度为99.99%),溅射中的工作气体为高纯Ar气(纯度99.999%),高纯N2(纯度99.999%)为反应气体,不锈钢靶非反应溅射沉积不锈钢SS金属部分,铝靶反应溅射沉积AlN陶瓷组分,溅射生长前腔室压强预抽至8×10-3Pa。
1.3 PAA的制备及薄膜性能测试
本实验考察不同基底表面对太阳能选择性吸收薄膜性能的影响,将基底分为五组,即经清洁处理的原始基底;经抛光处理和未经抛光处理并在150V的电压下进行二次电解的基底;150V电压下经二次电解后又在配制的磷铬酸溶液中浸泡的基底;在185V的电压下进行二次电解的基底。
抛光:将高纯铝箔(99.999%,厚0.15 mm)加工成长为5 0mm,宽为35mm的薄片。高氯酸(HClO4)和无水乙醇(C2H5OH)按体积比为1:4的比例配制抛光液,抛光电源电压为8V,冰水浴,3min,取出抛光好的Al箔,去离子水冲洗表面残留抛光液,然后用氮气吹干,密封好待用。
电压150V:这个电压下的基底分为上述抛光和不抛光的两组,然后分别在配制好的磷酸电解液(0.1 M)中进行电解。一次电解时间为30min,取出样品用去离子水冲洗干净,然后放到配好的磷铬酸溶液(6wt%磷酸H3PO4+1.8wt%铬酸H2CrO4)中浸泡3h,60℃,二次电解条件与一次电解相同。实验结束后分别用去离子水冲洗,N2吹干,密封待用,前者命名为S2,后者为S3。其中未抛光的那组样品在经过二次电解后再在配制的磷铬酸中浸泡3h,60℃,待样品取出后用去离子水冲洗干净,N2吹干,密封待用,命名为S4。
电压185V:当电压为185V时的电解条件与上述情况相同,同样是电解30min,由于电压增大时,电解放热很快,溶液温度容易上升,因此只在未抛光的Al箔上进行了电解。电解结束后同样用去离子水冲洗干净,N2吹干,密封待用,命名为S5。
利用Optsol Absorber Control(一种快速光吸收、发射测量仪)来测试薄膜的吸收率和发射率,用SEM测试薄膜基底的表面形貌。
2 结果与讨论
图2所示为用SEM测量得到的经电解的基底的表面形貌,图(a)为S2的表面形貌,图(b)为S3的表面形貌,图(c)为S4的表面形貌,图(d)为S5的表面形貌。
[(a)S2;(b)S3;(c)S4;(d)S5]
从图2中可以发现,无论是在哪个电解条件下结果均出现了孔套孔、孔大小不均的情况。这是由于磷酸作为电解液电解时放热很大、电流很难控制,使得基底上电流分布不均造成的孔套孔现象。图2(c)中的孔相对其它微孔来说还算比较均匀的,这是因为该基底在磷酸中二次电解后表面存在一层厚厚的氧化层,在经磷铬酸溶液浸泡后可以融化部分的氧化层,从而使基底上的孔分布相对均匀一些。综合四幅图,在基底电解之前经抛光处理和不经抛光处理在电解后对基底表面形貌影响不是很大。
利用快速测量仪(型号为Optsol Absorber Control)测试上述基底上薄膜的吸收率与发射率,结果如表1中所示。
从表1中的测量结果中可以分析得出基底上有微结构的薄膜的吸收率比没有微结构的基底上薄膜的吸收率提高了。这是因为多孔结构可以形成光学陷阱,镀膜后的样品表面与其基底表面形貌相似,因此当太阳光照射到具有多孔结构的膜系表面时会进行多次反射吸收,当太阳光进一步入射到基底时,会在基底孔壁上面进行多次反射吸收,从而使吸收率得到进一步提高[12,13,14,15,16]。
比较具有微孔结构的基底上的薄膜的发射率与没有微孔结构基底上薄膜的发射率发现,前者的发射率明显比后者高,这是因为经两次阳极氧化后的Al箔基底上覆盖有一层氧化铝层,该氧化层可以增加基底上薄膜的发射率。而基底在经过磷铬酸溶液浸泡后会融化掉一部分氧化层从而使其基底上薄膜的发射率得到降低[17,18],如S4上面薄膜的发射率明显低于S2、S3上面薄膜的发射率。
另外,从结果中也发现整体来说通过增加基底电解时的电压可以获得基底上吸收率稍高的膜系。但是在基底的前处理,即电解前抛光处理和不抛光处理对最后薄膜的吸收发射性能影响不大。另外,随着薄膜吸收率的增加,其发射率也会有所提高。
3 结论
采用磁控溅射法制备了不同基底上的SS-AlN膜。通过实验证明了采用二次阳极氧化在基底上制造出微孔结构,镀膜后可提高膜系的吸收率;由于基底氧化层的存在也会使膜系的发射率得到提高,在磷铬酸溶液中浸泡便可降低薄膜的发射率。
摘要：介绍了制备光热太阳能选择性吸收薄膜的条件及薄膜的制备方法。采用二次阳极氧化方法在铝基底上制备了多孔微结构,再利用磁控溅射制备SS-AlN多层膜。用SEM、Optsol Absorber Control等测试手段表征了膜系的表面形貌、光谱吸收性能等,考察了微结构对太阳能选择性吸收薄膜性能的影响。结果表明基底表面微结构能有效提高其光谱吸收率。