[发明专利]高平行度大口径聚光系统聚光效率的测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于聚光光伏系统测试领域，涉及太阳能光伏聚光系统的测试技术，特别涉及一种基于非成像理论的高倍聚光、高能量传递效率、高平行度、大口径的光伏聚光系统聚光效率的测试装置及方法。

背景技术

太阳能是储量最大，能量分布最广的可再生清洁能源，其主要应用是光伏发电，目前发电成本过高未充分进入市场。降低光伏发电成本的最有效途径是采用廉价的光学聚光元件将大量光线会聚到很小的聚光电池上，提高聚光效率、减少电池材料、降低成本。菲涅耳聚光镜体积小、重量轻、价格低廉，能够使光学系统实现微型化、集成化以及经济化，在太阳能和照明领域得到了广泛应用。

聚光系统的性能检测至关重要，它能评价其性能优良并能根据检测结果为设计和加工提供信息反馈，指引设计和加工制作的改进方向。目前，聚光系统的测试方法主要有室外太阳光测试和室内太阳模拟器测试两种方法。室外测试太阳光虽然具有较为理想的光谱和光强分布，但受外界环境影响，很难对聚光系统精准测量。室内太阳模拟器测试采用太阳模拟器为光源，目前国内外已经有3A级太阳模拟器，主要应用于太阳能电池检测、生态、老化试验等，但太阳模拟器的结构复杂、成本过高，并且其出光角度比较大(一般为6°～10°)，不适合角度较小(一般为1°～2°)的聚光系统。

发明内容

针对现有太阳模拟器在聚光系统测试方面的不足，本发明的目的是提供一种室内的高平行度大口径聚光系统聚光效率的测试装置及方法，其是利用宽光谱光源和窄带滤光片组合作为光源，设计搭建室内聚光系统的测试装置代替现有的室外太阳光光伏聚光测试系统进行聚光实验测量，从而可以弥补由于天气、环境变化而引起的室外太阳光聚光实验测量的不便性和不稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

高平行度大口径聚光系统聚光效率的测试装置，包括光源、滤光片、反光罩、平行光管、光栏和探测器，光源和滤光片位于反光罩内，光源、滤光片、平行光管、光栏和探测器共轴依次放置，光源发出的光线经过滤光片后变成准单色光，通过调节平行光管使该准单色光的发散角与太阳光的发散角匹配，透过光栏的光线经聚光系统汇聚后被探测器接收。

高平行度大口径聚光系统聚光效率的测试方法，包括如下步骤：

第一步：选取宽光谱光源和多个窄带滤光片；

第二步：光源设置在窄带滤光片的前面，光源发出的光线经过滤光片之后变成单色光，使单色光通过平行光管调准直，调节平行光管使出射光线的发散角与太阳光的发散角匹配；

第三步：将光栏放置在平行光管后，光栏在水平方向和垂直方向各设有一排圆孔，每次测量只开一个圆孔；将聚光系统放置在光栏后面，将探测器放置在聚光系统的焦距处，并使聚光系统光漏斗的底端紧贴探测器；用探测器采集经聚光系统汇聚的光斑的图像信息；

第四步：利用探测器分别测量透过上述每个圆孔的光功率，保持光源和聚光系统位置不动，把探测器移到聚光系统之后的指定位置和焦斑位置，利用探测器分别测量透过聚光系统的能量和透过每个圆孔汇聚的能量，得到透过聚光系统的能量和焦斑位置处汇聚的能量，再通过公式计算出聚光系统的局部透过率和局部聚光效率；

第五步：根据第四步得到的聚光系统的局部透过率、局部聚光效率以及局部测量面积在聚光系统整体面积中所占的比重，计算聚光系统的透过率平均值和聚光效率平均值；

第六步：利用上述步骤，测量分析聚光系统对由光源与窄带滤光片组合而得的其它单色光源的聚光效率；

第七步：通过各种单色光在整个太阳光谱中所占的权重与单色光聚光效率平均值的乘积，计算得到聚光系统对整体光谱光源的加权平均聚光效率，进而完成高平行度大口径聚光系统聚光效率的测试方法。

本发明采用分立光谱局部测量法测试聚光系统的性能，太阳光谱大部分能量集中在350nm-1850nm光谱范围内，挑选宽光谱光源和窄带滤光片产生各种单色光，单色光的波长分散在350nm-1850nm范围内，采用分立单色光测量聚光系统的局部聚光效率，利用局部聚光效率与其所处的位置计算单色光的平均效率。各种单色光在太阳光谱中的归一化权重与单色光平均聚光效率的乘积的叠加之和即为聚光系统对太阳光的聚光效率。被测量的聚光系统前放置一光栏，光栏在水平方向和垂直方向各有一排圆孔，圆孔直径和间距越小，聚光镜局部测量越精确。局部测量法能够检验聚光系统的局部加工误差和制作质量。根据测试结果为设计和加工提供信息反馈，以便改进设计方案和加工工艺，以提高聚光系统的聚光效率为宗旨。

本发明的有益效果如下：