线性菲涅耳反射聚光器的光学仿真及结构优化

作     者：赵金龙 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李林

授予年度：2013年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：太阳能 能流密度分布 光学效率 光线追迹法 CPC聚光器 线性菲涅耳反射聚光器 

摘      要：利用光线追迹的方法,考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响,建立线性菲涅耳反射聚光器(LFR)的三维光学几何模型,给出其光斑能流密度分布的计算式,采用Matlab编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室(NREL)开发的SolTrace软件仿真结果相对比,光斑能流密度分布曲线基本吻合,证明了本算法的正确性。 参照塔式聚光场光学效率的计算方法,给出了LFR聚光场光学效率的计算公式,以及一天内各个时刻、一年内各月份平均光学效率的计算实例。并对线性菲涅耳聚光场结构进行分析优化,包括反射镜面型、聚光场布置方向、布置范围、CPC(复合抛物面聚光器)二次反射镜等。分析结果表明,圆柱面反射镜与抛物柱面反射镜的光斑能流密度分布几乎相同,但圆柱面反射镜加工成本较低,LFR聚光器适合采用圆面柱形反射镜;东西向布置聚光场会出现纵向端部效应,且光斑中心偏移量较大,但一年内各月平均光学效率较稳定;聚光场年平均光学效率基本不随其布置方向变化。 提出一种新型LFR聚光场,东西向单侧布置聚光场,聚光场沿东西方向布置在线性接收塔的北侧,反射镜采用非等间距布置的圆柱面反射镜,半径随分布位置变化,接收器开口向北侧倾斜。研究表明新型镜场聚光性能要比传统镜场更好。