碟式太陽(yáng)能非成像反射鏡的研究.pdf

1、太陽(yáng)能作為一種清潔可再生能源，被人們譽(yù)為21世紀(jì)最有希望的能源。在太陽(yáng)能的利用當(dāng)中，碟式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)作為一種點(diǎn)聚焦的太陽(yáng)能利用系統(tǒng)被廣泛采用。其主要原理是利用碟式拋物面聚光器將太陽(yáng)光匯聚到接收器上。然而，碟式拋物面聚光器作為一種成像聚光鏡，具有成像聚光光斑不均勻，溫度分布不均勻等現(xiàn)象，這對(duì)于一些對(duì)于聚光均勻性要求較高的系統(tǒng)比如聚光光伏系統(tǒng)（CPV）、碟面/斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有不良影響。因此設(shè)計(jì)出其他鏡面，主要是非成像鏡面來(lái)獲得均勻的光

2、流分布很有必要。
　　首先，根據(jù)兩種不同的光路推導(dǎo)出兩種非成像反射鏡碟面的微分方程（A型和B型）。然后提出了具體的兩種碟面的具體數(shù)值算例，通過理論平行光的匯聚來(lái)校核碟面方程的理論推導(dǎo)，同時(shí)分析不同的幾何參數(shù)對(duì)非成像反射鏡碟面聚光性能的影響。接著給出了幾個(gè)具體的A型和B型碟面的設(shè)計(jì)過程，利用三維軟件建立幾何模型后導(dǎo)入專業(yè)的射線跟蹤軟件進(jìn)行模擬，得到的熱流圖再與相同幾何參數(shù)的拋物面進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：A型B型碟面均比拋物面聚光均勻性要

3、強(qiáng)。非成像反射鏡A型和B型可能用于單電池聚光光伏系統(tǒng)，以及多電池聚光光伏系統(tǒng)和碟面/斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，這主要是由于這幾種系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能聚光的均勻性要求較高。
　　然后，基于非成像二次反射鏡，利用非成像反射鏡的設(shè)計(jì)原理，提出了優(yōu)化非成像二次反射鏡。非成像二次反射鏡（NIS）的將母線方程是多項(xiàng)式的曲線繞對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)而成，但是其聚光均勻性不好。優(yōu)化的非成像反射鏡包括凸型和凹形兩種，是將基于微分方程描述的母線繞對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)而成。然后，將優(yōu)化二次

4、非成像反射鏡的聚光熱流圖與分別用線性、二次式、三次式母線設(shè)計(jì)的二次非成像反射鏡進(jìn)行對(duì)比。優(yōu)化非成像二次反射鏡比其他幾種基于多項(xiàng)式描述的二次非成像反射鏡的聚光均勻性都要優(yōu)越，同時(shí)由于優(yōu)化二次非成像反射鏡是采用微分方程描述，母線的確定僅僅需要一個(gè)初始點(diǎn)作為迭代計(jì)算起始點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)過程也相對(duì)簡(jiǎn)化了許多。對(duì)于優(yōu)化非成像二次反射鏡，主要可能的領(lǐng)域是多電池聚光光伏系統(tǒng)和碟面/斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，還存在其他可能的問題，比如碟面的加工問