摘　要：设计制作了一个半球形腔式接收器，将其安装于一碟式聚光器焦点位置，以水作为工质对其进行了热性能的实验研究。在室外条件下，研究了直接辐照度、流量对接收器热性能的影响，结果表明：接收器热功率和热效率都随流量的增加呈增大的趋势，随着流量继续增加，增大趋势变缓；热功率随直接辐照度的增加而增大，热效率则相反。

关键词：太阳能；半球形腔式吸热器；吸热功率；热效率

收稿日期：2015-01-22

中图分类号：TK124

　　文献标识码：A

　　文章编号：1007—6921(2015)06—0070—03

随着常规能源的日益枯竭，新能源的开发和利用受到了人们越来越多的关注。太阳能利用也由低品位向中高温方向发展。碟式、塔式、槽式、条式是最主要要太阳能高温利用方式，其中，以碟式太阳能热效率最高，峰值效率可达到29.4% [1]。

目前，学者对碟式太阳能接收器的研究主要通过数值模拟，实验研究的报道较少，模拟中大多以恒定辐射强度、定腔体内壁温度等进行的，忽略了环境因素的影响，与室外工况存在很大差别，所以开展实验研究很有必要。

接收器是碟式太阳能系统的吸热及能量转换核心部件，它的性能优劣直接影响到系统的热效率。接收器的形状对腔内能量分布有很大影响，但对其热效率影响较小 [2]，对流损失和辐射损失是碟式太阳能系统的主要热损失 [3～5]，另外，接收器倾角、风速风向、工质流量等也是影响接收器热效率的重要因素 [6～8]。

1　实验系统组成

实验系统主体主要由跟踪系统、聚光系统和光热转换系统3个子系统组成。

1.1　跟踪系统

本碟式聚光集热系统采用的跟踪方式为双轴跟踪，从高度角、方位角各个角度实现实时定日跟踪，在主平面一侧安装有定日位置的日晷。

1.2　聚光系统

本系统所采用的聚光器为抛物面聚焦型反射面，以抛物线方程为母线，其母线方程为：x 2=2py，焦点F(0，p/2)，焦距为f，f= p/2。主要光学参数f、D、之间具有以下的函数关系 [6]：

(1)

其中，焦距f为987.5mm，开口直径D为3 180mm，边缘角为77.668°。整个聚光器反射面由12块反光板拼接而成，表面为PET镀铝反光膜，由于该聚光器常年置于风吹日晒之下，其反光率已下降为70%左右，由于弧顶中间有直径D=140mm开口，因此实际可利用入口面积为7.74 m 2。

1.3　集热系统

本系统所采用的热接收器为半球形腔式热接收器，安装在聚光系统的焦点位置。接收器设计尺寸如下：半球最大直径d=495mm，穹顶顶点到通光孔平面中心点高h=230mm。腔体内部盘有紫铜管，紫铜管环绕直径从穹顶开始逐渐增大，所用紫铜管外径9.5mm，内径7.7mm，共盘绕23圈。腔体外部采用硅酸铝岩棉作为保温层，厚100mm，通光孔直径为235mm，腔体底部设计锥形反光面。

2　实验研究

2.1　实验过程

本实验于内蒙古工业大学风能太阳能省部共建重点实验室完成。在实验系统中，关于腔式吸热器四方面的热损失若单独一一测量比较困难，为简化分析，本文根据冷却水进出口温差和流量变化间接得到吸热器的吸热功率及系统热效率。接收器吸热功率及系统热效率计算公式如下 [9]：

吸热器热功率： P=c pq m(t out-t in)

(2)

太阳直接辐射总功率：E=A▯I b.n

(3)

系统热效率 

(4)

上各式中：c p——工质水的比热容；q m——水的质量流量；t out ——出口水温； t in——进口水温；A——聚光器有效采光面积；I b.n——直接辐照度。

实验中，采用额定扬程为8m的水泵，将恒温水箱中的工质水输送到热接收器中进行开式循环，输水管路中安装一只可调流量计，在热接收器的进出水口处布有热电偶，温度数据直接由TP700多路数据记录仪记录，测定每个数据时间间隔为1min。聚光器实时跟踪太阳，直接辐照强度由BSRN3000太阳辐射观测系统监测。

2.2　实验结果

笔者对太阳能碟式聚光集热系统中半球形腔式接收器的集热性能进行了一定的实验研究。结果表明，直接辐照度是影响接收器吸热功率的主要因素，热功率随着直接辐照度的升高而增大，反之亦然；而系统效率却呈现相反的趋势，即随着直接辐照度的升高而下降，这是由于直接辐照度的升高导致接收器内部各项热损失增大进而使得热效率降低；流量是影响碟式太阳能接收器热功率及热效率的重要因素，热功率及热效率都随流量的增加而正大，减小而降低，且流量较小时，这种影响较为明显，流量很大时，继续增加流量对接收器热功率及热效率影响不大。

为了克服数据记录出现的延迟，充分体现数据的精确性，在处理数据时相邻两个流量之间空出5min时间间隔。图1(a)、(b)、(c)、(d)分别对应了流量为8.29g、11.06g、13.82g、16.58g的情况下，集热器的热功率和热效率随着直接辐照度的变化。为了保证准确性，在分析数据的时候，会忽略图中的个别点。从图上不难看出，随着流量的不断增大，集热器的热功率也在相应的升高，而热效率则呈现相反的趋势，即在质量流量为13.82g/s时热效率最高，这是因为随着流量的增加，吸热器内壁温度不断降低，从而导致吸热器各项热损失也随之降低，反而提高了系统热效率。

通过以上分析发现，流量较小的情况下，流量对集热器热功率的影响较大，而当流量很大的时候，继续增加流量，此时集热器热功率的增加幅度变小。原因是内壁温度是决定工质水温差的直接因素，流量较小时，增加流量使内壁温度降低相对较大，从而使得水温升产生较大的变化，对热功率影响较大，反之，当流量成倍增大时，内壁温降低幅度不大，对水温升影响相对较小，对热功率影响较小。由于泵功与流量成正比关系，因此存在一个最佳流量，使增加流量所提高的热功率与消耗泵功之差为最大值，使整个系统净输出功率最大。

2.2.2　直接辐照度对接收器热性能的影响。此次实验于2014年9月27日上午9:00时至下午16:30时完成，实验过程采用定流量13.82g/s。图2显示了接收器吸热功率随直接辐照度变化的情况，从图上看，热功率与直接辐照度基本上呈现相同的变化趋势，在当地时间12:13时，直接辐照度达到峰

(a)　　　　　　　　　　　　　 (b)

(c)　　　　　　　　　　　　　 (d)

图1　不同流量集热器热功率和热效率随直接辐照度的变化

图2　热功率随直接辐照度的变化 　　　　　　　　　图3　系统热效率随直接辐照度的变化

值，为757.84W/m 2，吸热器的热功率峰值出现在12:14时，为2652W。热功率峰值出现在直接辐照度峰值附近，稍有滞后。

图3显示了系统热效率随直接辐照度的变化情况，从图上看系统热效率随直接辐照度变化不大，呈现较为平缓趋势。由于聚光器反射率不太高，系统热效率大部分时间都稳定在45%左右，当直接辐照度降到600W/m 2时，热效率略有上升，在50%上下浮动，大约升高5个百分点。这是由于在高辐照度的情况下，接收器腔体内壁面温度高，相应的辐射损失、对流损失等热损失占总能量的份额增大，进而使得系统热效率降低。

由此可见，直接辐照度是影响接收器热功率的主要因素，热功率随着直接辐照度的升高而升高，反之亦然。而系统热效率则伴随随直接辐照度的降低略有升高。

3　结论

党校与普通高校有很大差异，高校的重点是讲授知识，而党校的重点是讲政治。什么是讲政治？讲马列经典著作是讲政治，讲习近平新时代中国特色社会主义思想是讲政治，讲党性教育课是讲政治，讲党和政府关注的重大现实问题也是讲政治。但必须要注意的是，党校讲坛讲政治是指党校讲坛要“用学术讲政治”。为此，讲授者既要弄懂弄通“政治”的内涵，又要严守课堂的政治纪律。不懂政治就不可能讲好政治。要懂政治，就需要熟读马列经典，学深悟透习近平新时代中国特色社会主义思想，系统掌握中国特色社会主义理论体系，潜心研究党和政府关注的重大现实问题。