非成像聚光器

聚光集熱器由聚光器和接收器組成。聚光器是匯聚陽光的光學部件。接收器是吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)換成別種能量的部件，接收器可能包括吸收器，蓋層和絕熱構(gòu)造。

聚光器有成像的和非成像的兩種類型。所謂非成像聚光器就是在吸收器上不產(chǎn)生太陽像，來自太陽的輻射分布在吸收器的各部分。成像聚光器則是在吸收器上要形成太陽像。成像聚光器通常要求跟蹤太陽，而且聚光器的制造精度和跟蹤精度都要求比較高。

線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)的一次反射鏡．也稱主反射鏡，由一系列可繞水平軸旋轉(zhuǎn)的條形平面反射鏡組成，跟蹤太陽并匯聚太陽光于主鏡場上方的集熱器，經(jīng)過二次反射鏡后冉次聚光于集熱管二二次反射鏡的鏡面形狀可優(yōu)化設(shè)計成一個二維復合拋物面。

如圖1所示，是一種理想的非成像聚光器，聚光性能可達最優(yōu)。

1、本世紀六十年代中期，美國芝加哥大學的青年教財蘿蘭德·溫斯頓教授在檢測粒子衰變實驗時，發(fā)現(xiàn)入粒子在衰變成一個質(zhì)子(或中子)和一個π介子中，在每1000次左右的衰變中，將射出一個電子，而且該電子可出現(xiàn)在多個射出角度上，分布面很廣。為此溫斯頓構(gòu)思出一種非成象光學的設(shè)想，后經(jīng)他與同事們的配合，終于研制出第一臺復合拋物面聚光器——非成象聚光器。它可以最大限度地獲取光通量，但不以成象為目的。

2、以后人們根據(jù)邊緣射線和矢量流量法研制出多種非成像聚光器，有的還被稱為“光斗”。這些聚光器不僅能接受大角度的光線，而且光通量大，更令人欣慰的是它擺脫了陽光跟蹤裝置的桎梏，在一天的大部分時間里，能自動聚集到足夠的陽光。

3、目前溫斯頓領(lǐng)導的研究小組進一步改進了非成像聚光器。主要是將其與成像聚光器聯(lián)合使用。他們將透鏡或反射鏡作為第一級，“光斗”等作為第二級，并置于第一級焦點處。復合非成像聚光器的聚能能力驚人。根據(jù)理論計算表明，太陽表面陽光強度為照射到地球表面陽光強度的4.6萬倍，一般聚光器跨不過這個極限。但若采用折射率為1.53的材料制成的非成像聚光器，理論上最大聚光強度就可以達到地球表面陽光強度的10萬倍，若材料折射率為1.76時，則可達到14萬倍。當前，溫斯頓領(lǐng)導的研究小組研制的拋物線型非成像陽光聚光器已使地球表面陽光輻射強度提高到8萬倍。

非成像聚光器因能提供非常高的溫度和非常快的加熱速率(每秒100萬度)而被譽為超級太陽爐，其應用前景十分廣闊，目前主要用于以太陽能作為激勵能源的激光器。該激光器轉(zhuǎn)換效率高，具有可調(diào)性、可靠簡便。如將它裝在衛(wèi)星上，便能利用太陽能來產(chǎn)生激光，實現(xiàn)激光通訊。利用超級太陽爐還能進行超導薄膜生產(chǎn)。

目前美國科羅拉多州戈爾登市太陽能研制所正在研究熔敷高溫超導薄膜技術(shù)，利用非成像聚光器他們已制造出74.7K溫度下電阻為零的超導薄膜。

非成像聚光器技術(shù)改變了人們直接利用太陽能的面貌，是一種富有革命性的新技術(shù)，它使太陽能廣泛應用于工業(yè)、交通、商業(yè)、人們?nèi)粘Ｉ钪T領(lǐng)域，從而使人類利用太陽能進入一個全新的時代，“太陽能社會”夢想可望成真。2100433B

根據(jù)聚焦特性，聚光器可分為點聚光器和線聚光器。線聚光器，包括條形透鏡、拋物槽、線聚光組合拋物面等。點聚光器也叫軸向聚光器，在這類聚光器中，用以聚光的透鏡或反射鏡和太陽能電池處于同一條光學軸線上。不同的聚光器應用于太陽能電池聚光系統(tǒng)中具有各自不同的特點。

根據(jù)光學原理可分為：折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、熱光伏聚光器、熒光聚光器、全息聚光器等。其中混合聚光器利用折射、反射和內(nèi)部反射達到聚光。

熱光伏聚光器工作原理是：太陽把輻射器加熱到高溫，完成光熱轉(zhuǎn)換，輻射器再發(fā)出輻射到太陽能電池上，電池不能利用的長波輻射重新回到輻射器，完成光電轉(zhuǎn)換，理論上可以達到很高的效率。熒光聚光器和光導纖維聚光器是兩種尚未成熟的技術(shù)。反射聚光器包括平板、拋物槽、組合拋物面等，用在光伏反射聚光器中兩種主要反射鏡材料是鍍銀玻璃和鍍鋁面。折射聚光器的元件可以是菲涅爾或普通透鏡。

太陽聚光器反射式聚光器

①槽式平面鏡聚光器。槽式平面鏡聚光器是用平面鏡以適當?shù)慕嵌葮?gòu)成槽壁，在槽底放置太陽能電池，這是一種較易制作的反射式聚光器，只需用普通的平面鏡即可，它對跟蹤要求低，可采用常規(guī)電池，聚光倍數(shù)也低，只有2-6倍。還有一種方法，即太陽能電池方陣的V型槽式安裝法，用普通水泥墻壁作反射體，在適當?shù)陌卜沤嵌认?，可使方陣的輸出提?0%左右。

②組合平面鏡反射器。組合平面鏡反射器是采用許多平面鏡把陽光反射到一個共同的目標上，在目標上安放吸收器，取得高溫和高光強。這種聚光器是在大面積范圍鋪設(shè)平面鏡，可以高倍聚光得到很大的功率和極高溫度，屬于“塔式太陽能電站”。這種聚光器占地面積極大，僅能在山地或荒地建立。

③雙曲面聚光器。雙曲面與拋物面一樣，即也具有一個共同的焦點，當一束陽光平行入射，雙曲面反射聚光器將其會聚成一個光點，如果反射面做成正確的雙曲拋物面，則聚光倍數(shù)可達1000倍。但這種聚光器加工難度較大，外形要求嚴格，跟蹤要求也高，一般使用在水平較高的系統(tǒng)中。太陽光被會聚到太陽能電池上。傘式太陽灶是這種聚光器的一種近似結(jié)構(gòu)，一般是在近似雙曲拋物面的襯底上，貼上許多小塊平面鏡。

④拋物面聚光器，拋物面反射鏡是能將平行于鏡面光軸的光線會聚于焦點的鏡面。因此，當太陽光投向一拋物面反射鏡表面時，在其焦點處可形成能量密度極高的會聚光斑，這就是拋物面聚光器用于太陽能聚光的光學原理。在槽形拋物面反射鏡中，接收器可為圓管或條形平板，聚焦旋轉(zhuǎn)拋物面聚光器的吸收器可以是球體、圓板?，F(xiàn)以槽形拋物面反射鏡為例來分析拋物面反射鏡的聚光性能，因為應用在聚光太陽能電池中，接收器為條形平板。

⑤復合拋物面（CPC）聚光器。復合拋物面聚光器，是由兩片槽形拋物面反射鏡以及底部的接收器構(gòu)成。這種聚光器只聚光不成像，因而不需要跟蹤裝置，只需要根據(jù)季節(jié)變化作少量傾斜度的調(diào)整。

太陽聚光器折射式聚光器

折射式聚光器是利用光在不同介質(zhì)的界面發(fā)生折射的原理制成的透射式聚光器。這類聚光器的典型例子是凸透鏡，但是，在太陽能利用中，如用大型凸透鏡聚光，其中心部分很厚。比如，要得到一個焦距等于50cm，口徑為50cm的透鏡，就需要一個厚度為25cm的玻璃半球。這種笨重的透鏡實際上是無法使用的，因此，在聚光太陽能電池方陣中，絕大部分采用菲涅爾透鏡。

菲涅爾透鏡，實際上是對球面透鏡進行微分切割，取出對光學折射無作用的部分而成。為加工方便，還進行了整平，使球面透鏡變成一個帶有同心楞狀條紋的平板，大大降低了重量和體積。菲涅爾透鏡也可以做成線聚焦的，這種透鏡是由一系列對稱分布的平行楞狀條紋組成。與傳統(tǒng)的光學玻璃透鏡相比，將菲涅爾透鏡用于太陽能電池聚光有很多優(yōu)點。 2100433B

聚光器安裝在載物臺下，其作用是將光源經(jīng)反光鏡反射來的光線聚焦于樣品上，以得到最強的照明，使物象獲得明亮清晰的效果。聚光器的高低可以調(diào)節(jié)，使焦點落在被檢物體上，以得到最大亮度。一般聚光器的焦點在其上方1.25mm處，而其上升限度為載物臺平面下方0.1mm。因此，要求使用的載玻片厚度應在0.8—1.2mm之間，否則被檢樣品不在焦點上，影響鏡檢效果。聚光器前透鏡組前面還裝有虹彩光圈，它可以開大和縮小，影響著成像的分辨力和反差，若將虹彩光圈開放過大，超過物鏡的數(shù)值孔徑時，便產(chǎn)生光斑；若收縮虹彩光圈過小，分辨力下降，反差增大。因此，在觀察時，通過虹彩光圈的調(diào)節(jié)再把視場光闌（帶有視場光闌的顯微鏡）開啟到視場周緣的外切處，使不在視場內(nèi)的物體得不到任何光線的照明，以避免散射光的干擾。

小戶型是結(jié)構(gòu)性調(diào)整的一個方向，其以總價低受到大家追捧，同時也出現(xiàn)了一個極端的小戶型——非成套住宅。何為非成套住宅？即大家經(jīng)常看到的沒有廚房的通廊式住宅。形象地講就是標間或古老的筒子樓增加了室內(nèi)衛(wèi)生間，當然，也有更好聽的名字“酒店式公寓”。