复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,简称CPC)是一种非成像低倍聚焦的聚光器,可将给定入射角范围内的入射光线按理想的聚光比汇聚到接收器上,而且可以同时接收直射和散射辐射。它在运行时不需连续跟踪太阳,只需季节性的调节方位就可高效工作了。在太阳能中温领域中,复合抛物面聚光器有着广阔的应用前景。本文的研究内容都是基于自主设计的一种可以消除接收管和CPC反光板之间漏光损失的内聚光W型CPC热管式真空集热管。主要的工作总结为:(1)首先,对W型CPC的底部和渐开线抛物线进行了分析研究,设计出开口宽度为108.7mm,聚光比为1.236,接收半角为32°,长度为1.5m的W型CPC反光板。其次,设计了热管外径为28mm,玻璃管内径为110mm的热管式真空集热管。最后,介绍了 CPC反光板制作工艺、太阳能选择性吸收涂层制备过程、玻璃-金属封接方式和真空度防护措施等内容。(2)建立W型CPC热管式真空集热管的光学效率计算模型,把入射到CPC开口面上的太阳直射光线分解为径向和轴向。Tracepro软件模拟了不同径向下入射角下的光线轨迹、几何光学效率和热管曲面总光通量的变化情况。计算得到散射辐射的光学效率为0.487,研究直射辐射的光学效率与径向入射角、轴向入射角的关系。(3)以CPC开口面为基准面建立坐标系,得到太阳光线与CPC开口面的入射角、径向辐射角和轴向入射角的计算式。分析轴向入射角、径向入射角、直射光学效率与时刻的关系,得出结论:径向入射角与时刻呈线性正相关;轴向入射角在20°～50°范围内变化,但轴向入射角在该范围内变化时光学效率的改变量不足3%;夏至日的一天里直射光学效率在上午10点到下午14点之间的4个小时内基本稳定在68%,一天的平均直射光学效率为40%。(4)根据太阳辐射基础物理量,推导出CPC开口面上接收的太阳直射辐射强度、反射辐射强度和散射辐射强度,从而建立起各时刻下的吸热体吸收辐射强度模型。以夏至日的一天为例,分析计算采光面接收的辐射强度、吸热体吸收的辐射强度以及总光学效率。(5)建立W型CPC热管式真空集热管能量传递模型,分别对热管蒸发段、热管内部和冷凝段建立数学模型。对集热管进行热性能分析,推导出其瞬时热效率方程、总热损失系数、效率因子和热转移因子的表达式。设计了 Matlab/GUI热性能仿真平台,得出的结论为:太阳辐射强度是集热管热性能的主要影响因素;环境风速对集热管热性能的影响几乎可以忽略;提高流体的进口温度会使得集热管的换热能力下降,因此应当选择最佳的流体进口温度并尽量减小进口温度波动;当合理选择流体质量流量,既要保证较高的瞬时集热量和瞬时热效率,又能使进出口温差变化明显。