太阳能集热器集成复合抛物面聚光器的光学双优化策略：大间隙反射器与吸收器协同增效

本文创新性地提出针对大间隙反射-吸收结构复合抛物面聚光器(CPC)的光学双优化策略：通过在平板吸收器加装13%面积的挡板消除局部辐射泄漏，结合季节性单轴倾角调节，使冬季年集热量提升84.34%。研究通过中国气象数据的光热转换计算与光线追踪模拟验证，提出融合辐射性能与空间利用率的新型评价指标，为建筑屋顶太阳能系统设计提供优化方法论。

　　

Highlight

本研究揭示了大间隙反射-吸收结构CPC在0°、14°和15°入射角时的关键辐射泄漏机制（图4蓝色轨迹）。创新性采用占吸收面积13%的微型挡板结构，使漫反射和直射光收集率分别提升6.94%和2.31%。结合季节性单轴旋转调节，形成"挡板抑漏+动态调姿"的双重增效机制。

Experimental validation

搭建激光实验平台（含MT168-12W激光源、QUANTUS9F6F22角度调节器等），通过3D打印CPC模型覆镜面反射膜验证光学路径。实验数据与SolTrace模拟结果误差<5%，证实挡板结构使临界入射角下的光斑截获效率提升19.8%。

Results and discussion

以昆明（25.02°N）为案例，新型评价参数G显示：冬季最优倾角25°时性能指数达基准值2.9倍，夏季45°时提升1.8倍。归因于挡板对<20°低角度入射光的"漏斗效应"与季节性调节对太阳高度角α的动态匹配。

Conclusion

双优化策略突破传统CPC几何优化的局限性：①微型挡板解决大间隙结构固有泄漏；②单轴季度调节使北京/广州等城市冬季G值提升2.4-2.5倍。该成果为CR>3的CPC系统提供"结构-姿态"协同优化范式。

（注：严格保留原文^oC/_col等格式，采用"抑漏""调姿"等生动术语，关键参数如G值/α角等中英对照）