低成本太阳能聚集表面光谱辐射特性数值模拟与实验研究

【摘要】： 由于能源危机和环境恶化,太阳能越来越受到人们的重视,但太阳能是低热流密度的能源,为了实现能源利用的经济性必须对太阳能进行聚集。本文研究太阳能聚集材料在受损(粗糙、变形、老化、污染)情况下聚集表面的太阳能多光谱辐射传输特性,进而掌握太阳能聚集材料的性能参数。本文应用蒙特卡罗法模拟光学反射特性并结合实验分析。本研究对低成本太阳能聚集系统的研发尤其对太阳能发电系统的成本控制尤为重要。 主要研究内容及方法: 1.利用航空航天热物理研究所的多光谱双向反射分布函数测试试验台实验测量太阳能反光膜、太阳能反光镜表面双向反射分布函数(BRDF):发现磨损材料表面散射峰值发生偏移并且随着入射光波长的增大而增大,随入射光角度的增加而增加,同时出现一定的后向散射,波长和入射角度的增加有助于增强这种后向散射现象。 2.分析实际表面的形貌特征,发现该实际表面粗糙度整体分布比较平缓,高度并非完全Gauss分布。在几何光学近似下,运用Monte Carlo法求解太阳能聚集材料粗糙表面散射的模型,聚集材料表面粗糙度形貌数据模拟了在0.6328μm波段下的双向反射分布函数(BRDF),考虑了光线入射过程中的遮蔽效应和多次反射以及面散射求解中的去偏振,模拟结果和实验结果吻合较好。 通过实验测量和数值模拟,本文对太阳能聚集反射材料表面光散射特性进行了研究,系统的分析和讨论了粗糙表面光散射特性的主要影响因素。 【关键词】：太阳能 聚集反射材料表面 双向反射分布函数(BRDF) Monte Carlo法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK512
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题来源和背景8
• 1.2 研究的目的和意义8-10
• 1.3 国内外的研究进展及现状10-16
• 1.3.1 国内外太阳能反光材料研究状况10-11
• 1.3.2 表面的光谱辐射研究进展及现状11-13
• 1.3.3 随机表面的理论模拟研究现状13-14
• 1.3.4 实验测量研究现状14-16
• 1.4 本论文的主要研究内容16-17
• 第2章 BRDF 及实验测量方法17-29
• 2.1 双向反射分布函数（BRDF）的定义17-20
• 2.1.1 双向反射分布函数(BRDF) 的内涵18-19
• 2.1.2 双向反射分布函数( BRDF) 的外延19-20
• 2.2 BRDF 试验测量方法简介20-21
• 2.2.1 绝对测量20
• 2.2.2 相对测量20-21
• 2.2.3 比对测试法21
• 2.2.4 单一参考标准测试法21
• 2.3 多光谱BRDF 实验测量系统简介21-26
• 2.4 误差的理论分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 粗糙面散射的基本理论29-38
• 3.1 随机粗糙表面统计描述29-33
• 3.1.1 高度分布函数(HDF)29-30
• 3.1.2 自相关函数(ACF)30-31
• 3.1.3 斜率分布函数(SDF)31-32
• 3.1.4 功率谱密度(PSD)32
• 3.1.5 随机粗糙表面模型32-33
• 3.2 Monte Carlo 模型描述33-37
• 3.2.1 模型的建立33-36
• 3.2.2 去偏振的考虑36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 太阳能聚集材料表面BRDF 实验测量38-60
• 4.1 试验样品来源38-39
• 4.2 哈尔滨气象资料39-41
• 4.3 不同磨损程度反光膜在λ=0.6328μm 和λ=3.39μm 波段下实验研究41-51
• 4.3.1 λ=0.6328μm 未磨损反光膜30°、45°、600 入射41-42
• 4.3.2 λ=0.6328μm 20 天磨损膜30°、45°、600 入射情况42-43
• 4.3.3 λ=0.6328μm 40 天磨损膜30°、45°、600 入射情况43-45
• 4.3.4 λ=0.6328μm 未磨损膜、20 天膜、40 天膜对比分析45-47
• 4.3.5 λ=3.39μm 未磨损反光膜30°、45°、600 入射47-48
• 4.3.6 λ=3.39μm 20 天磨损膜30°、45°、600 入射48-49
• 4.3.7 λ=3.39μm 40 天磨损膜30°、45°、600 入射49-50
• 4.3.8 λ=3.39μm 未磨损膜、20 天膜、40 天膜对比分析50-51
• 4.4 不同磨损程度反光镜在λ=0.6328μm 和λ=3.39μm 波段下实验研究51-59
• 4.4.1 λ=0.6328μm 未磨损镜面30°、45°、600 入射51-52
• 4.4.2 λ=0.6328μm 20 天磨损镜面30°、45°、600 入射52-53
• 4.4.3 λ=0.6328μm 40 天磨损镜面30°、45°、600 入射53-54
• 4.4.4 λ=0.6328μm 未磨损镜面、20 天镜面、40 天镜面对比分析54
• 4.4.5 λ=3.39μm 未磨损反光镜面30°、45°、600 入射54-55
• 4.4.6 λ=3.39μm 20 天磨损镜面30°、45°、600 入射55-56
• 4.4.7 λ=3.39μm 40 天磨损镜面30°、45°、600 入射56-57
• 4.4.8 λ=3.39μm 未磨损镜面、20 天镜面、40 天镜面对比分析57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 太阳能聚集表面散射特性数值模拟60-68
• 5.1 材料磨损后表面形貌特征60-61
• 5.2 随机粗糙表面模型61-63
• 5.3 太阳能聚集表面双向反射特性模拟63-67
• 5.3.1 20 天磨损镜面数值模拟分析64-65
• 5.3.2 40 天磨损镜面数值模拟分析65-67
• 5.4 本章小节67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

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