碟式太陽能非成像反射鏡的研究.pdf

1、太陽能作為一種清潔可再生能源，被人們譽為21世紀最有希望的能源。在太陽能的利用當中，碟式太陽能聚光系統(tǒng)作為一種點聚焦的太陽能利用系統(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，這對于一些對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)動機系統(tǒng)具有不良影響。因此設計出其他鏡面，主要是非成像鏡面來獲得均勻的光

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校核碟面方程的理論推導，同時分析不同的幾何參數(shù)對非成像反射鏡碟面聚光性能的影響。接著給出了幾個具體的A型和B型碟面的設計過程，利用三維軟件建立幾何模型后導入專業(yè)的射線跟蹤軟件進行模擬，得到的熱流圖再與相同幾何參數(shù)的拋物面進行對比。結(jié)果表明：A型B型碟面均比拋物面聚光均勻性要

3、強。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)動機系統(tǒng)，這主要是由于這幾種系統(tǒng)對太陽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計原理，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式的曲線繞對稱軸旋轉(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、三次式母線設計的二次非成像反射鏡進行對比。優(yōu)化非成像二次反射鏡比其他幾種基于多項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初始點作為迭代計算起始點，因此設計過程也相對簡化了許多。對于優(yōu)化非成像二次反射鏡，主要可能的領域是多電池聚光光伏系統(tǒng)和碟面/斯特林發(fā)動機系統(tǒng)。同時在實際應用中，還存在其他可能的問題，比如碟面的加工問