2.3　太阳能集热场模型建立及变工况讨论

2.3.1　太阳能集热场模型建立

由于在Aspen中不存在针对于太阳能集热器的换热模块，但是其支持Fortran程序添加用户所需要的模块，所以这里需要将附录中的计算公式用计算模块表达出来，见图2-6。

两个MULTI模块分别被用于计算在太阳能辐照度为I时单位孔径面积上的实际集热量及太阳能场的整体集热量Qsol。第一个MULTI模块输入参数为计算模块计算出的ηnet，第二个MULTI模块输入参数为太阳能场孔径面积。

来自于太阳能场的热量Qsol用于加热导热油Therminol VP-1，设计规定MOIL用于控制进口流量以保证出口温度恒定。

2.3.2　太阳能集热场模型验证

表2-4为在2005年6月11日中午12时，当太阳能直射辐射量为925 W/m2时，软件计算结果与文献中提供结果的对比，结果显示误差只有0.844% 。

4月、10月单位面积集热器上的能量分布见图2-7和图2-8。从图中可以看出，每天太阳直射辐射（DNI）在中午1时达到顶峰，单位面积可吸收热量qabs及传热介质净得热量qnet基本上与光照强度的变化保持一致，太阳能场单位面积热量损失qloss基本上保持不变。

需要注意下午由于阵列之间的遮挡效果导致太阳能可利用程度降低，在实际设计中需要根据在不同地区的特性选择合适的间距。

2.3.3　太阳能集热场模型变工况运行

集热场出口温度不变，单位面积热量随进口温度变化趋势见图2-9。从图中可以看出，当进口温度降低时，太阳能场单位面积可吸收热量qabs基本保持不变，但是由于进口温度降低，传热介质平均温度降低，与环境之间温差减小导致单位面积热量损失qlos减s少，使得传热介质净得热量qnet增加。

出口温度及环境温度改变时集热场热效率的变化趋势见图2-10。从图2-10（a）中可以看出，当入口温度不变，出口温度上升时，太阳能集热场热效率降低，其原理与出口温度不变时的分析类似，在此不再赘述。图2-10（b）是当进、出口温度保持在293℃、391℃时，环境温度改变对集热场热效率的影响，可以明显地看出，当环境温度升高时，太阳能集热场热效率升高。这是由于环境温度升高，与传热介质之间温差降低，进而热损失减小，热效率提高。

传热介质吸热量与其流量随太阳能直射辐照度（DNI）的变化趋势见图2-11。当DNI增加时，单位面积上传热介质净吸热量及其流量将随着DNI的升高而线性增加。但是需要注意的是，实际上由于系统循环的需要，传热介质流量将会有一个范围，因此当DNI低于一定值时，系统将不会运行或者降低温度运行。

集热场热效率随DNI变化的趋势见图2-12。从图中可以看出，当DNI增加时，太阳能集热场热效率增加。当DNI较小时，系统效率增加较为显著，这一现象通常发生在上午。而当DNI达到500 W/m2时，随着DNI的增加，太阳能效率几乎保持不变。因为随着DNI的增加，qabs会明显增加，DNI增加到一定程度时，其引起的太阳能场损失也将增大，两者影响相抵消导致DNI增大而太阳能效率保持不变。

进出口温差为100℃时集热场热效率变化趋势见图2-13。从图中可以看出，随着进口温度的升高，传热介质平均温度升高而引起的热损失增大，所以集热场热效率降低。当太阳能强度较小时，这个效率降低尤为明显。而且DNI不大时，应降低系统进出口温度以保持较高的集热场热效率。