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大型碟式聚光器聚焦性能研究

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蝶式、槽式、塔式太阳能发电区分详解

蝶式、槽式、塔式太阳能发电区分详解
死亡射线
耗资22亿美元的“烧鸟项目”
幻灯片64
幻灯片65
太阳能烟囱发电
在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。
1983年，西班牙建成一座太阳热气流（即太阳烟囱）发电站，发电功率50kW，用于进行探索性试验研究。
气动阻力低、发射质量小，因此近年来研发主要集中于具有更小单位功率质量比的空间电源应用领域，今后的研究方向主要是提高系统的稳定性和降低系统发电成本两个方面。
幻灯片18
碟式系统的缺点
1）造价昂贵，在三种系统中也是位居首位，目前碟式热发电系统的初投资成本高达4.7～6.4万元/kW；
（2）尽管碟式系统的聚光比非常高，可以达到2000℃的高温，但是对于目前的热发电技术而言，如此高的温度并不需要甚至是具有破坏性的。所以，碟式系统的接收器一般并不放在焦点上，而是根据性能指标要求适当地放在较低的温度区内，这样高聚光度的优点实际上并不能得到充分的发挥；
电站效率15.6%
诺贝尔奖，意大利物理学家鲁比亚主导。
幻灯片34
菲涅尔式太阳能发电系统
菲涅尔反射，线聚焦
结构简单，传动结构易于操作。
美国加州5MW示范，世界上第一个菲涅尔聚焦电站，水蒸气介质，温度450℃。
西班牙1.4MW示范，二期项目30MW
皇明，2.5MW示范，钢管镀膜。工业利用和供热。
幻灯片35
电力品质好、上网价格较低
幻灯片59
吸热器热损失：
辐射损失、对流损失、传导损失
吸热器黑色，辐射后白色
辐射温度超过1200℃，没有耐高温透光材料，吸热器敞开布置。对流损失大。
幻灯片60
世界最大塔式太阳能发电装置

大型碟式太阳能聚光器三维定常风场数值仿真

大型碟式太阳能聚光器三维定常风场数值仿真
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献 标 识 码 ： Ｂ
Ｌａ ｒ ｇ ｅ Ｄｉ ｓ ｈ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ Ｄｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ Ｗｉ ｎ ｄ Ｆａ ｒ ｍ
（ １ ． 湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室 ， 湖南 湘潭 ４ １ １ ２ ０ １ ； ２ ． 湖南科技大学机 电工程学院 ， 湖南 湘潭 ４ １ １ ２ ０ １ ） 摘要 ： 在太阳能发电系统聚光器结构优化设计 中， 研究 ２ ５ ｋ Ｗ碟式 光热太 阳能发 电系统聚光 器的表 面风 载荷及 流场特性 问 题。为提高发电效率 ， 通过建立聚光器在不同工况下的流域模型 ， 并采用标准 ｋ － ｅ 湍流模 型对流域进行 数值仿真计算 。结 果表明 ， 聚光器在 ９ Ｏ 。 高度 角即开 口朝上且 缺 口 处 于背 风位置 时为最优大 风避难位置 ， 最不 利工况为 ９ Ｏ 。 一 ６ ０ 。 ； 聚光器处 于 最优避风位置时边缘的部分分区体型系数达到一 １ ． ５ ４ ， 需要对边缘反射镜进 行加固处理 ； 聚光器 背风 面附近形成 的强烈大旋 涡能够起到均匀风压的作用 ， 而在流动分离后形成沿流向发展的非稳定螺旋涡会导致螺旋涡发生处负压很大 。计算结果 可 为碟式聚光器或碟式光热太 阳能整机结构优化设计提供参考 。 关键词 ： 碟式聚光器 ； 数值风洞仿真 ； 风压系数 ； 体型系数 ； 流场特性
ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｋ －ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｎ ｕ ｍｅ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ

碟式太阳能集热器结构对热辐射影响

碟式太阳能集热器结构对热辐射影响

碟式太阳能集热器结构对热辐射影响李少华;王丽伟;廖明俊【摘要】为了研究碟式太阳能系统中聚焦点发散情况下,集热器形状参数对系统光热转换效率的影响,采用蒙特卡罗射线跟踪方法对三种类型集热器进行数值模拟.研究结果表明:当聚焦面尺寸不变时,辐射通量聚光比基本一致;聚焦面上热量密度呈现圆环状温度分布;集热器结构对腔体壁面热量分布有影响.以上研究结果对碟式太阳能系统的理论设计和实际性能预测提供理论参考.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(045)005【总页数】5页(P85-89)【关键词】碟式太阳能;热发电;光线跟踪;聚光比;数值模拟;热量密度【作者】李少华;王丽伟;廖明俊【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TK010 引言近年来我国大力推广新能源技术，太阳能发电技术也得以快速发展。

太阳能具有利用前景广阔和利用方式多等特点，因此太阳能发电技术是解决能源短缺的重要途径。

太阳能发电主要可以分为光发电和热发电两种，其中太阳能热发电占据了太阳能利用中重要地位，太阳能热发电[2-4]是通过集热器将太阳辐射能转变成高温热能，所产生的热能经过汽轮机、燃气轮机、氟里昂汽轮机、斯特林发动机等热机转换成机械能，最终带动发电机进行发电。

根据集热装置及热电转换方式的不同，太阳能热发电系统可分碟式抛物面太阳热发电系统、槽式抛物面太阳热发电系统和塔式太阳热发电系统。

早在20世纪70年代瑞典和美国对碟式太阳能发电进行了大量研究，而我国在这方面的研究起步较晚，目前在国内完成了多台测试样机，但是在进行不同研究对象时都需要搭建不同的测试样机，造成实验成本比较大，时间周期较长，同时碟式太阳能中的聚光碟面在实际加工时，很难达到理想形态，因此，反射的光线聚焦点容易发散，集热器腔体表面的热量密度也会有很大影响，从而影响光热转换效率，本文对集热器结构特征对热流密度的影响问题采用蒙特卡罗光线跟踪法[5]进行数值分析，不同形状的集热器热流密度进行对比分析，为指导碟式太阳能系统中集热器的设计提供理论参考依据。

聚光器设计中的光电性能研究

聚光器设计中的光电性能研究

聚光器设计中的光电性能研究一、引言聚光器作为一种光学器件，其主要功能是将光线聚焦到一个比较小的区域，从而提高光线的亮度和聚光程度。

聚光器的设计与制造对于光电领域的研究和应用具有重要的意义。

本文将从光电性能研究的角度探讨聚光器设计中的关键技术及其应用。

二、聚光器的基本原理聚光器的基本原理是利用透镜的凸面将光线聚焦于一点。

由于光线汇聚后亮度增强，同时焦距与透镜曲率半径有关，因此通过对聚光器凸透镜表面进行设计和制造可以调整聚光器的聚焦效果和透光率。

三、聚光器的设计方法聚光器的设计需要考虑几个方面的问题，如聚光器形状、凸透镜曲率半径、光源位置以及聚光距离等。

其中，形状和凸透镜曲率半径对聚光器焦距的大小以及光线聚焦带宽的调节有重要的影响。

另外，聚光器设计还需要考虑材料的选择和制造工艺的优化。

例如，玻璃材料具有良好的透光性，但制造过程中容易出现气泡、晶界等问题，会影响聚光器的光学性能。

四、聚光器的光电性能研究方法聚光器的光电性能主要包括透光率、成像质量、反射率等指标。

其中透光率是指聚光器材料对光线透过的比例，成像质量是指聚光器能否清晰地成像，反射率是指聚光器材料对光线的反射能力。

测量这些光学参数可以通过一些专业的实验方法来实现。

例如，通过光散射实验可以测量样品透光率，通过显微镜观测可以评估成像质量，通过反射光谱分析可以计算反射率。

五、聚光器的应用聚光器在光电领域中的应用非常广泛。

例如，我们在日常生活中使用的车灯、手电筒、激光器等都使用了聚光器技术。

此外，聚光器还被应用于太阳能光电池中，通过优化聚光器设计和材料，可以提高太阳能电池的效率。

聚光器还可以应用于医学领域，如利用聚光器技术制造微型显微镜、高速摄像机等器件，为医学会诊和手术提供更加精细的成像和记录。

六、结论聚光器的设计和制造对于光电领域的研究和应用具有重要的意义。

通过对聚光器形状、凸透镜曲率半径、光源位置等关键技术的优化，可以提高聚光器的光电性能。

聚光器在汽车、医疗、激光器等领域的应用广泛，未来随着科学技术的进步，其应用领域将更加广阔。

大型碟式光热太阳能聚光器结构风荷分析

大型碟式光热太阳能聚光器结构风荷分析

Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ２ ５ ｋ Ｗ ｄ ｉ ｓ ｈ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ｅ ｒ ａ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｉ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ
风洞模拟得 出的聚光 器各分 区体型 系数 ， 对其在 ８级风荷载和 ｌ ２级风荷载 下进行 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构风荷 的静 力学分析计 算， 得 到
了聚光器在各 高度角时的应力和 变形情况。 结果表明： 聚光器在 ９ Ｏ 。 高度 角即开 口朝上为最优 大风避难位置， 最不利工况 为６ ０ 。 高度 角位置 ， 聚光器在各 工况下均满足结构的强度要 求， 同时聚光器最外 圈的固镜 壳的应力和变形都较大， 实际工 作 中应 当对其都进行加 固处理 ， 以避免影响 系统的正常工作和大风破 坏。
第 ３期 ２ ０ １ ４年 ３月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ ５ ９
大型碟 式 光 热 太 阳能聚 光 器 结构 风荷 分析
何 轶 ， 彭佑 多 ， － ， 龙 东平 ， 颜 健
（ １ ． 湖南科技大学 机械设备健康维护省重点实验室 ， 湖南 湘潭 摘 ４ １ １ ２ ０ １ ； ２ ． 湖南科技大学 机电工程学院 ， 湖南 湘潭 ４ １ １ １ ０ １ ）
要： 以２ ５ ｋ Ｗ 碟式光热太阳能发 电系统聚光 器为研 究对 象， 在Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中建立 了精确 的有限元模 型， 应 用聚光器数值

碟式太阳能热发电技术综述_一_

碟式太阳能热发电技术综述_一_

5　碟式太阳能热发电技术综述(一)许　辉,张　红,白　穜,丁　莉,庄　骏南京工业大学能源学院,南京　210009[摘 要]　介绍碟式太阳能热发电技术的原理及特性,并对聚光器、接收器等关键技术进行了分析。

结果表明,热管式接收器和混合式接收器具有较好的研究开发前景。

[关　键　词]　太阳能;热发电;碟式聚光器;斯特林发动机;接收器;辐射强度;热换[中图分类号]　T K511[文献标识码]　A[文章编号]　100223364(2009)0520005205[DOI 编号]　10.3969/j.issn.100223364.2009.05.005AN OVERVIEW OF DISH SOLAR THERMAL POWER TECHNOLOG YXU Hui ,ZHAN G Hong ,BA I Tong ,DIN G Li ,ZHUAN G J unCollege of Energy ,Nanjing University of TechnologyAbstract :In t his paper ,t he p rinciple and characteristic of dish t hermal power is introduced ,also ,t he critical technique of dish solar t hermal system such as concentrators ,receivers ,heat engine etc.are de 2scribed in detail.Especially ,an overall analysis of receiver for dish solar t hermal power system is giv 2en ,and t he result s show t hat t he heat pipe receivers have good develop ment prospect s.K ey w ords :solar energy ,t hermal power generation ,parabolic dish concent rator ,stirling engine ,receiv 2er ,radiation ,heat exchange基金项目:　国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA05Z419)作者简介:　许辉(19812),男,安徽萧县人,南京工业大学博士研究生,研读方向为高效传热传质设备与新能源开发技术。

塔式太阳能光热电站的研究进展

Sustainable Development 可持续发展, 2019, 9(4), 789-795Published Online October 2019 in Hans. /journal/sdhttps:///10.12677/sd.2019.94094Research Progress of Tower Solar Thermal Power StationXiaopeng GaoXiamen University Malaysia, Kuala Lumpur MalaysiaReceived: Oct. 8th, 2019; accepted: Oct. 23rd, 2019; published: Oct. 30th, 2019AbstractThis paper summarized the research progress of heliostats, heat sinks, supercritical CO2 Braden cycle tower photothermal power generation systems and tower solar-assisted coal-fired power generation systems, and analyzed the economics of tower solar thermal power generation tech-nology. The tower, trough, linear Fresnel, and dish-type, four solar thermal power stations were compared. Finally the feasibility of constructing a large-scale solar thermal power station in the northwest region was explored, and it was concluded that the tower solar thermal power station can sustain large-scale power generation continuously, but the improvement of its photoelectric efficiency and the feasibility of actual construction should be further developed in the future re-search.KeywordsTower, Solar Energy, Solar Thermal Power Generation, Efficiency, Cost塔式太阳能光热电站的研究进展高晓鹏厦门大学马来西亚分校，马来西亚吉隆坡收稿日期：2019年10月8日；录用日期：2019年10月23日；发布日期：2019年10月30日摘要本文全面阐述了定日镜、吸热器、超临界CO2布雷登循环塔式光热发电系统和塔式太阳能辅助燃煤发电系统技术的研究进展情况，剖析了塔式太阳能热发电技术的经济性，对比了塔式、槽式、线性菲涅尔式、高晓鹏碟式四种模式太阳能光热电站，研究探讨了中国西北地区建设大规模光热电站的可行性。

碟式光伏发电聚光器玻璃镜快速调整装置研制


碟式 光 伏发 电 聚光 器 （ １采 用 多 块平 面反 射 镜并 陶 ） 通 过巧 妙 的结 构设 计 ， 射 光线 经各 块平 面 镜反 射 后 ， 入 均 功 能 。 而提 高单位 面 积太 阳能 电池 的发 电效 率 。 聚光 从 该 器 的外形 象 阳光 下 翩 翩起 舞 的 蝴蝶 ， 光倍 数 可 达到 ２ 聚 ～
ｄ ｖｃ ｆ ｈ ｏ ｄ ｎｅ ｒ ｒｗ ｉｈｃｎｂ ｓｄ ｔ ａｊｓ ｑ ｉｋｙｔｅｆ ｔ ｏ ｄ ｎ ｅ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｗ ａｈ ｒＩ ｉ ｅｉｅｏ ｅｃｎ ｅｓ ｒ ｒ 。 ｈｃ ａ ｅｕｅ ｏ ｄｕ ｔ ｕｃ ｌ ｈ ａ ｃ ｎ ｅ ｓｒｍ ｒ ｒ ｄ ｒａｌ ｅ ｔｅ．ｔ ｓ ｔ ｍｉｏ ｌ ｒ ｕ —
化尝试 ， 美 闫利 用 菲涅 尔透 镜 可 实现 ３ ７倍 的 聚光 ， 如 ～ 但 由于 透射 聚光 的 光强 均 匀性 较差 和 制造 难度 大 ，性 价 比
ｌ 倍 ， 面镜 的利 用率 ２ 平
高 达 ８ ％以上 ， 别适 ５ 特 合 于 各 种 规 模 光 伏 发 电系统 。同时经 过设计
ｔ ａｊｓ ． ｏ ｄｕｔ
Ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｉ － ｙ ｅｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ｐ ｏｏ ｏ ａｅ ｒｉ ＇ ； ｕｃ ｌ ａ ｉ ｓ ｎ ｅ ｉｅ ｅ ｒ ｓ ｄｓ ｔｐ ｏ ｄ ｎ ｅ ； ｈ ｔｖ ｈ ｉ； ｎ ｒ ｑ ｉｋｙ ｄｕ ｔ ｇ ｄ ｖｃ ｃ ｅ ｏ ｉ
由于 自动跟 踪 太 阳的 聚光 光伏 发 电 系统将 数倍 的 太 阳光 聚集 到太 阳 电池组 件 一 ｋ，使 产生 同样 电能所 需要 的 半 导体 材料 大 大减 少 ，相 当于 用普 通 材料 代替 昂贵 的半 导体 材料 ， 因此能 够大 幅度 降低 光伏 发 电成 本 。 过 聚光 通 提高 太 阳电 池组 件发 电 的效 益 ，国外 已经有 过 一些 工业

碟式太阳能聚光器跟踪系统研究(下)

踪 ， 当云 遮 挡 太 阳时 ， 即变 为 开 环 跟 踪 ， 到 但 立 直
洋 等 人 【 制 了一 种 可 根 据 任 何 地 点 的 经 、纬 度 研 等参 数 ，并 结合 当地 时 间 自动 控 制 太 阳光 伏 阵 列
的 主 动 式双 轴 太 阳跟 踪 控 制 器 。此 跟 踪 控 制 器 在
为反馈的开、 闭环 控 制 相 结 合 的 混合 方 式 ， 任 何 在 气 候 条 件 下 都 能 得 到 稳 定 而 可靠 的跟 踪 控 制 ，但 由于 成 本 和 可 靠 性 等 问 题 ，一 直 未被 规 模 化 正 式
使 用 。目前 ， 太 阳能 热 发 电 系统 中 ， 内外 大 多 在 国 采用开 、 闭环 的 混 合 跟踪 来 完成 对 太 阳 的 跟踪 。 这 种 混 合 方 式 是 太 阳能 聚 光 器 跟 踪 控 制 系 统 的 发展 趋 势 ，应 对 其 作 进 一步 的研 究 。
种 新 的基 于 Ｐ Ｃ控 制 的 主动 式 单 轴 跟 踪 系统 ，结 Ｌ
果 表 明在 主动 式单 轴 跟 踪 的 基 础 上 Ａ ｄ ｌ ｈ还 设 计 了一 ｂ ａａ ｌ 种 主 动 式 双 轴 跟踪 系统 ，与 固定 倾 斜 式 相 比其 发 电量 高 出 ４ ． ％。 １４ ３ 被 动 控 制 结 构 是 利 用 光敏 传 感 器接 收太 阳光
机 的 转 动 角 度 和 方 向 进 行控 制 ，使 跟 踪 装 置 始 终
处 于 垂 直 于 光 照 方 向 ，达 到 了最 大 限 度 的 能 量 接
统 ， 计 了开 、闭环 相结 合 的混 合 跟 踪 控制 装 置 。 设 此 装置 不 但 可控 制 整 个 系统 的造 价 成 本 ， 同时 还

碟式菲涅尔反射聚光方法及其装置[发明专利]

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510120098.9(22)申请日 2015.03.19G02B 19/00(2006.01)F24J 2/08(2006.01)F24J 2/10(2006.01)H02S 40/22(2014.01)(71)申请人浙江大学地址310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人肖刚 杨天锋 倪明江 骆仲泱高翔 岑可法 方梦祥 周劲松施正伦 程乐鸣 王勤辉 王树荣余春江 王涛 郑成航(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司 33200代理人张法高(54)发明名称碟式菲涅尔反射聚光方法及其装置(57)摘要本发明涉及一种碟式菲涅尔反射聚光方法及其装置，包括一系列不同半径的条形环状反射面和接收器。

入射的光线经过相应的条形环状反射面的反射汇聚到光源另一侧的接收器上。

不同位置的条形环状反射面将入射在其上的光线都反射汇聚到接收器上，提高了接收器上的能量密度，达到聚光的目的。

根据实际应用，可以设计不同参数条形环状反射面以到达所需要的聚光倍数。

接收器和光源分别在聚光器两侧，提高了接收器布置的灵活性，并且条形环状反射面中间有较多空隙，调高了装置的抗风性。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图3页(10)申请公布号CN 104849844 A (43)申请公布日2015.08.19C N 104849844A1.一种碟式菲涅尔反射聚光方法，其特征在于包括反射镜阵列和接收器（6），所述的反射镜阵列由数个按直径大小排列的条形环状反射面（4）组成，所述的条形环状反射面（4）将入射到其上的光线（2）经过反射汇聚到所述的接收器（6）上，所述的接收器（6）和入射光线（2）分别在所述的反射镜阵列的两侧。

2.根据权利要求1所述的碟式菲涅尔反射聚光方法，其特征在于所述的条形环状反射面内侧（3）有光滑反射面，能够有效反射入射到其表面的光线。

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2.1.3 考虑接收器位置误差
本节简单讨论一下接收器位置偏移引起 误差的情形， 由于该聚光器是由很多小镜面组 成，因此接收面发生误差的情况有两种： （1）小镜面发生安装时造成的偏移小镜
r
太阳平行光
q ( x, z )
z'
l3 '
l1
l3
l4


N N'

l2
平面解析图
Ppar
N



x 2 29 z
光斑值。
表 1 焦斑大小与镜面5
2 72/145 0.0376
3 108/145 0.0397
4 144/145 0.0420
5 36/29 0.0440
镜面高度 h /m 焦斑半径 r /m
根据仿真可得到焦斑的半径随抛物面切 面圆的半径的增大而增大， 这里用抛物面的高 度来表示两者的关系，如图 3 所示，取 n 点，
x 2 y 2 4 fz ，
其数学模型如下图 2 所示：
f ，开口大小 d 的大致范围，考虑 的重要
作用， 经计算模拟， 得到文中设计的抛物面为：
x2 y 2 29 z
2 理论计算，仿真分析
(8)
2.1 现在我们采用文献中的两种方法， 进行比 较， 对理想情况和误差影响下获得焦斑大小情 况进行分析 2.1.1 理想太阳平行光， 只用考虑太阳不平行 度时的焦斑大小 我们对抛物面进行网格划分，如图 1 所 示，按圆周方向等分为 20 分，径向部分等高 划为为 5 部分，从其中取 n 个点，抛物面高度
[3] [2]
聚焦性能带来的影响，提高聚光器的聚焦精 度， 本课题拟设计一种利于安装的大型拼接式 碟式聚光器。整个抛物面由小镜面拼接而成， 利用抛物面的对称性，考虑太阳光不平行度、 光线跟踪误差、以及接受面位置移动三个因 素， 对所设计的碟式聚光器聚焦性能进行数值 仿真，根据仿真的数据指导安装。
20
参考文献 [1] 帅永，夏新林，谈和平 .碟式抛物面太阳
能聚能器焦面特性数值仿真[J].太阳能学 报，2007,28(3):263-266. [2] 刘颖，戴景民，孙晓刚.抛物面型聚光器 聚焦光斑能留密度分布的计算[J].太阳能 学报，2007,28(10):1049-1053. [3] 杜胜华，夏新林，唐尧.太阳光不平行度 对太阳能聚集性能影响的数值研究[J].太 阳能学报，2006,27(4):388-392. [4] 成珂，韩迪.旋转抛物面误差对聚光性能 的影响[J].太阳能学报， 2009,30(4):445-448.
小镜面移动时对聚焦性能的影响， 对抛物面的 安装提供理论指导。
[5] 陈晓夫，任红琛.聚光式太阳灶的设计与 制作抛物面聚光太阳灶是怎样工作的[J]. 太阳能，2004,3:12-14. [6] 徐龙潭，帅永，谈和平.碟式太阳能集热 器的聚光特性数值研究 . 纪念马祖光院 士全国光电子与光电信息技术学术研讨 会论文集，2006. [7] 高益兵，黄护林.一种新型碟式聚光器的 设计与仿真模拟. [8]罗远俊，何梓年，王长贵.太阳能利用技术 [M].化学工业出版社，2005. [9] 刘鉴民.太阳能利用原理、 技术、 工程[M]. 电子工业出版社.2010.06.
偏移后的相对光轴
p ( x1 , z1 )
o'
图 5 抛物面位置偏移
L2 L1
o
x'
x
3 结论
本文对设计的抛物面有可能面临的三种 误差进行研究分析，结合文献中的方法，通过 数值仿真计算，获得光斑大小及其分布情况， 得到如下结论： （1）文中设计的抛物面，其最大边缘角 符合理论上的最佳值，有利于聚焦能量。 （2）该抛物面的设计突破以往的方法， 由很多小镜面组合而成， 降低了加工制造的难
0.05
0.1
0.15
图 3 焦斑半径随高度增大而增大
图 4 焦斑半径分布 当偏角超过 16′时，光斑半径形成的圆 环范围如下
2.1.2 考虑入射光线偏离时的误差
在实际应用中， 入射光线并不一定都是平 行于光轴的直线，而是会发生一定程度的偏 离，现在对偏角产生的误差进行分析。如图 1 所示，当入射光束偏离 时，反射的光束在 图知，偏离的反射光束在焦平面上形成的光 斑，会在相对应的圆环内。经过一系列计算， 当偏角 在一定范围内，反射光束不会全部 在入射光束的另一侧时，并会形成两个圆环， 光斑半径大小范围为： 焦平面上形成的光斑也会发生一定的偏离， 由
即对应有 n 条入射光线，在经过抛物面反射 后，反射线和 z 平面相交，得到焦斑半径分布 如图 4 所示：
3.5 x 10
5
1.4
3
1.2
2.5
1
n
2
0.8
h/m
1.5
0.6
1
0.4
0.5
0.2
0 0.03
0
0.035 0.04 0.045 r/m 0.05 0.055 0.06
-0.1
-0.05
0 r/m
大型碟式聚光器聚焦性能研究
赵前程，徐巧
湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室，湘潭，湖南，411201
摘要：本文针对大型碟式聚光器聚焦性能的精度问题，设计了一种拼接式的聚光器。根据旋转抛物面的聚 光特性，考虑太阳光不平行度、光线跟踪误差、以及接受面位置移动三个因素，对所设计的碟式聚光器聚 焦性能进行仿真。该大型碟式聚光器由许多拼接小镜面组成，在镜面选取 n 个入射点，结合以往文献中的 方法，进行数值仿真分析，为碟式太阳能聚能器的设计和安装提供参考依据。 关键字：碟式聚光器; 误差; 聚焦性能; 仿真
h
d2 16 f
(2)
tan 考虑太阳不平行度 2 ，
1 (d / 8h) (2h / d )
(3)
tan( ) sin( ) 0.00463mrad,
6’，有： W = 2 tan
=1
15
(4) (5) (6)
=2f /(1+cos)
r 1/ 2 W / cos
rmin
rmax
由图表得，在考虑太阳不平行度时，偏移角大 于 2′， 光斑的半径大于 0.05m,会超过实际要 求的接收窗口大小，若偏离更大，偏离出去的 反射光线有可能损害焦面接收光线的仪器。
面的偏移会使其所在的抛物面发生改变， 焦距 移动，需要对移动后的焦平面进行坐标变换， 如图 5 所示，要重新求取焦平面上的点，及 焦斑大小。 （2）整个接收面发生偏移，若其跟随装 置都会发生偏移， 可以当做入射光线偏移来计 算，方法等同于 2.1.2；如果只是抛物面部分 发生偏移，则焦平面也相应的变化，计算等同 于上一条。
Research on Large Dish Concentrator Focusing Performance
Abstract: This paper aims at the problems in which about the accuracy of large dish concentrator focusing performance, designs a mosaic-type condenser. According to the characteristics of rotating parabolic concentrator , we made a simulation for the design dish concentrator focusing performance which considering the three main factors of sunlight nonparallelism, light tracking error and the receiver ’s position . The large dish concentrator is composed of a number of small mirror. Combining with previous literature methods, we choosing n incident point on the mirror, made a numerical simulation, then we can providing a reference for the dish solar concentrator design and installation. Keywords: dish concentrator ; error; focus performance; simulation
得到：
10
5
0 10
0 2 4 6
r
-10 -6 -4 -2 0
2 f tan cos (1 cos )
(7)
r 为焦斑半径，由上面的公式可以看出，
焦斑半径由
图 1 拼接式聚光器
f ， 决定，当 等于 45°时，
1 抛物面的设计
旋转抛物面方程为：
产生最大聚光比， 大于 45°，聚光比下降， 反射到接收面的光线越不均匀， 光斑出现一定 (1) 程度的扩散， 可能会对以后接收光线的窗口及 仪器造成一定的损害，所以 尽量设计的小 些。这次我们设计的旋转抛物面给定了焦距
(9)
(1+
cos
))
表 2 焦斑大小

r 0
1′ 0.0418m 0.0028m 0.0474m
2′ 0.0299m 0.0056m 0.0502m
3′ 0.0363m 0.0084m 0.0530m
4′ 0.0335m 0.0112m 0.0558m
5′ 0.0307m 0.0139m 0.0586m
0 引言
如今，太阳能的利用成为当今的前沿课 题， 而集热器已经成为太阳能应用最广泛的途 径之一。由于抛物面的聚光特性，以及成本和 加工方面的优越性， 碟式聚光器成为了重要的 集热器，发展迅速。 目前， 在实际的应用中， 仍面临很多问题。 聚光器的形状，几何参数，光线跟踪精度，镜 面反射误差，以及反射面位置的影响，加工， 安装过程中的误差等等都会使聚光效率降低， 聚焦光斑大，热流分布不均，并有可能造成对 接收窗口仪器的损害。 还有接收窗口的位置及 本身的精度和转化效率也会对最终得到的能 量值产生影响。 国内外许多专家针对这些问题 进行了模拟、计算、分析，并取得了一定的成 果：对大型对日定向的碟式太阳能反射聚集 器，哈尔滨工业大学的杜胜华，夏新林等 通