太阳能集热器漫入射角修正系数的实验表征：提升稳态测试与准动态测试方法间的一致性

本研究针对ISO 9806:2017标准中稳态测试(SST)与准动态测试(QDT)方法在漫入射角修正系数(Kd)测定中的不一致性问题，提出两种改进模型（Model 1全局处理/Model 2天地分离），通过平板集热器(FPC)和真空管集热器(ETC-HP)实验验证，显著提升测试方法兼容性，为太阳能集热器性能评估提供更精准的标准依据。

　　

在太阳能利用领域，漫射太阳辐射的精准建模一直是性能评估的难点。尤其在温带中纬度地区，漫射辐射占年总辐射量的三分之一，其角度特性对集热器效率影响显著。现行ISO 9806:2017标准虽提供稳态测试(SST)和准动态测试(QDT)两种方法测定漫入射角修正系数(K_d)，但两种方法得出的K_d值存在明显差异——真空管集热器的差异甚至高达39%，严重制约测试结果的可比性。这种矛盾源于标准模型对漫射辐射的简化处理：既未区分天空散射与地面反射的差异，也未考虑各向异性分布特性，导致不同测试方法间存在系统性偏差。

为破解这一难题，来自乌拉圭能源部(DNE)支持的BECS实验室团队在《Renewable Energy》发表研究，创新性地将Bosanac和Carvalho提出的两种漫射辐射模型整合到ISO标准框架中。研究团队开发了Model 1（基于SST方法的全局K_d扩展模型）和Model 2（区分天空与地面辐射的双参数模型），通过平板集热器(FPC)和热管式真空管集热器(ETC-HP)的对比实验，系统评估了模型性能。关键技术包括：基于MATLAB的非线性回归算法实现参数识别、改进的SST-QDT参数转换流程、以及创新的地面反照率简易测量法（仅需预先标定测试场周围地表反照率）。

Thermodynamic model and testing methods
研究重构了ISO标准的热力学模型，将Model 1设计为K_b函数在集热器立体角内的加权积分，适用于QDT方法；Model 2则引入天空分量K_d,sky与地面分量K_d,gnd的独立计算，需额外测量地面反射辐照度。实验证明，两种模型均显著降低SST与QDT的K_d差异。

Experimental data and methodology
在乌拉圭测试平台上，团队采用配备热管的热电偶阵列监测ETC-HP温度分布，同时开发反照率测量装置获取地面反射数据。通过控制变量法对比发现：Model 2虽精度略优（尤其在高温工况），但Model 1因实施简便且差异率<5%成为优选方案。

Results
关键数据显示：对于ETC-HP，标准模型下SST与QDT的K_d差异达28%，而Model 1/2分别将差异降至7%和5%；FPC的改进幅度较小（从5%降至2%），印证模型对复杂结构集热器的修正效果更显著。功率预测误差分析表明，Model 2在90%工况下优于标准模型。

Conclusions
该研究首次在ISO标准框架内实现漫射IAM模型的跨方法整合，其价值体现在三方面：技术层面，Model 1的"一测多用"特性（SST参数可直接用于QDT）大幅降低测试成本；标准层面，为ISO 9806修订提供实验依据；应用层面，配套开源的MATLAB工具包解决了非线性回归的复现难题。值得注意的是，Rodríguez-Mu?oz等提出的改进参数转换流程与新型模型联用时，ETC-HP的测试一致性提升达82%，这为异型集热器的标准化测试树立了新范式。研究同时揭示：地面反照率估算误差在±15%内对结果影响微弱（<3%），证实了Model 2工程应用的鲁棒性。这些突破使太阳能集热器性能评估向"方法无偏化、数据可追溯化"迈出关键一步。