文档介绍：第卷第期太阳能学报.. .
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塔式太阳能定日镜聚光成像建模及仿真
许芬
北方工业大学机电工程学院现场总线技术及自动化重点实验室,北京
摘要:根据太阳运行规律和定日镜及靶标位置分析不同日期太阳入射角的变化,在此基础上,根据科丁顿方程
对球面定日镜的反射太阳影像进行了理论分析。讨论了定日镜反射聚光的特点,利用光线追踪原理建立了定目镜
反射太阳光并与指定受光面相交的计算机近似模型,对定日镜反射太阳影像进行了计算机仿真。仿真得到的光斑
大小与理论分析基本一致。
关键词:塔式太阳能;定日镜;计算机仿真;光线追踪
中图分类号:. 文献标识码:
型定日镜的主镜反射光斑中心进行仿真并以此来修
引言
正控制系统的控制角度达到提高跟踪精度的目的。
塔式太阳能热发电系统利用众多的定日镜,将太作为塔式热发电系统中的聚光部件,定日镜在
阳直射光反射到置于高塔顶部的高温集热器上,加热工跟日过程中的聚日精度是影响太阳能热发电系统工
质产生过热蒸汽后驱动汽轮机组进行发电。全世界目作效率的重要因素之一。分析定日镜聚光原理,建
前有十多个塔式太阳能热发电试验电站在运行。最具立定日镜反射光斑的计算机模型并进行仿真可以帮
有代表性的是西班牙阿尔梅里亚的塔式发电站助我们确定合适的定日镜结构和定日镜尺寸,优化
和美国加立福尼亚的。国内开展定日镜及定日镜场的控制方案,还可以根据仿真结
塔式太阳能热发电技术研究相对较晚。中国科学院电果估计吸热器的能流分布情况,为吸热器设计提供
工研究所¨研制了种类型的塔式聚光用定日镜。河理论依据。目前在太阳能热发电站中应用的主要是
海大学和南京玻璃纤维研究院合作研制成功了轨道方位角加仰角跟踪方式的定日镜,本文讨论了其聚
式定日镜。中国科学技术大学陈应天教授提出了反光成像特性。
射式聚光理论,利用不同于传统球面镜的聚光和跟踪技
塔式定日镜跟日原理分析
术实现对太阳的跟踪和聚光。
在项目中,和对球面型太阳的位置可以用地平坐标系下的高度角和方
定日镜和轮胎面定日镜的聚光特性进行了实验研究位角表示。太阳高度角是太阳光线与地平面之间的
和理论分析,他们在实验室中利用人工光源模拟太夹角,太阳的方位角则是日地之间的连线在地平面
阳,研究在不同入射角下定日镜反射光斑的特点,并上的投影与正北或正南方向的夹角。一个地方某一
与理论分析作了比较。等采用光线追踪方法时刻的太阳高度角和方位角可以根据天球赤道坐标
对自转型轮胎面定日镜的聚光性能进行了仿真。张系的赤纬角和时间角∞来计算:
国勋等对定日镜的聚光反射特性进行了理论分
析,在忽略定日镜物理尺寸的前提下推导了针对不

同受光面的太阳影像方程。。。利用分析的方
法得到一个塔式定日镜反射光斑能流分布的近似解其中, ——太阳高度角; ——方位角;——太阳
析表达式。等¨利用光线追踪方法对非成像赤纬角;≯——当地纬度;——时问角。
收稿日期:.
通讯作者:许芬一,女,博士、副教授,主要从事图像处理,光电检测方面的研究。..
期许芬:塔式太阳能定日镜聚光成像建模及仿真
如果和都是单位矢量,则:,
是太阳中心光线与定日镜中心法线之间的夹角,
记为