非成像聚光器原理

聚光集熱器由聚光器和接收器組成。聚光器是匯聚陽(yáng)光的光學(xué)部件。接收器是吸收太陽(yáng)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(yáng)像，來(lái)自太陽(yáng)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(yáng)像。成像聚光器通常要求跟蹤太陽(yáng)，而且聚光器的制造精度和跟蹤精度都要求比較高。

非成像聚光器因能提供非常高的溫度和非?？斓募訜崴俾?每秒100萬(wàn)度)而被譽(yù)為超級(jí)太陽(yáng)爐，其應(yīng)用前景十分廣闊，目前主要用于以太陽(yáng)能作為激勵(lì)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(jiǎn)便。如將它裝在衛(wèi)星上，便能利用太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生激光，實(shí)現(xiàn)激光通訊。利用超級(jí)太陽(yáng)爐還能進(jìn)行超導(dǎo)薄膜生產(chǎn)。

目前美國(guó)科羅拉多州戈?duì)柕鞘刑?yáng)能研制所正在研究熔敷高溫超導(dǎo)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(dǎo)薄膜。

1、本世紀(jì)六十年代中期，美國(guó)芝加哥大學(xué)的青年教財(cái)蘿蘭德·溫斯頓教授在檢測(cè)粒子衰變實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)入粒子在衰變成一個(gè)質(zhì)子(或中子)和一個(gè)π介子中，在每1000次左右的衰變中，將射出一個(gè)電子，而且該電子可出現(xiàn)在多個(gè)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(xué)的設(shè)想，后經(jīng)他與同事們的配合，終于研制出第一臺(tái)復(fù)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(yáng)光跟蹤裝置的桎梏，在一天的大部分時(shí)間里，能自動(dòng)聚集到足夠的陽(yáng)光。

3、目前溫斯頓領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)一步改進(jìn)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(jí)，“光斗”等作為第二級(jí)，并置于第一級(jí)焦點(diǎn)處。復(fù)合非成像聚光器的聚能能力驚人。根據(jù)理論計(jì)算表明，太陽(yáng)表面陽(yáng)光強(qiáng)度為照射到地球表面陽(yáng)光強(qiáng)度的4.6萬(wàn)倍，一般聚光器跨不過(guò)這個(gè)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(qiáng)度就可以達(dá)到地球表面陽(yáng)光強(qiáng)度的10萬(wàn)倍，若材料折射率為1.76時(shí)，則可達(dá)到14萬(wàn)倍。當(dāng)前，溫斯頓領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制的拋物線型非成像陽(yáng)光聚光器已使地球表面陽(yáng)光輻射強(qiáng)度提高到8萬(wàn)倍。

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(yáng)并匯聚太陽(yáng)光于主鏡場(chǎng)上方的集熱器，經(jīng)過(guò)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(jì)成一個(gè)二維復(fù)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(dá)最優(yōu)。

非成像聚光器技術(shù)改變了人們直接利用太陽(yáng)能的面貌，是一種富有革命性的新技術(shù)，它使太陽(yáng)能廣泛應(yīng)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(yáng)能進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代，“太陽(yáng)能社會(huì)”夢(mèng)想可望成真。2100433B

根據(jù)聚焦特性，聚光器可分為點(diǎn)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(diǎn)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(yáng)能電池處于同一條光學(xué)軸線上。不同的聚光器應(yīng)用于太陽(yáng)能電池聚光系統(tǒng)中具有各自不同的特點(diǎn)。

根據(jù)光學(xué)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(dá)到聚光。

熱光伏聚光器工作原理是：太陽(yáng)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(yáng)能電池上，電池不能利用的長(zhǎng)波輻射重新回到輻射器，完成光電轉(zhuǎn)換，理論上可以達(dá)到很高的效率。熒光聚光器和光導(dǎo)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(yáng)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(dāng)?shù)慕嵌葮?gòu)成槽壁，在槽底放置太陽(yáng)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(duì)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(yáng)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(dāng)?shù)陌卜沤嵌认拢墒狗疥嚨妮敵鎏岣?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(yáng)光反射到一個(gè)共同的目標(biāo)上，在目標(biāo)上安放吸收器，取得高溫和高光強(qiáng)。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(yáng)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(gè)共同的焦點(diǎn)，當(dāng)一束陽(yáng)光平行入射，雙曲面反射聚光器將其會(huì)聚成一個(gè)光點(diǎn)，如果反射面做成正確的雙曲拋物面，則聚光倍數(shù)可達(dá)1000倍。但這種聚光器加工難度較大，外形要求嚴(yán)格，跟蹤要求也高，一般使用在水平較高的系統(tǒng)中。太陽(yáng)光被會(huì)聚到太陽(yáng)能電池上。傘式太陽(yáng)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(huì)聚于焦點(diǎn)的鏡面。因此，當(dāng)太陽(yáng)光投向一拋物面反射鏡表面時(shí)，在其焦點(diǎn)處可形成能量密度極高的會(huì)聚光斑，這就是拋物面聚光器用于太陽(yáng)能聚光的光學(xué)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。現(xiàn)以槽形拋物面反射鏡為例來(lái)分析拋物面反射鏡的聚光性能，因?yàn)閼?yīng)用在聚光太陽(yáng)能電池中，接收器為條形平板。

⑤復(fù)合拋物面（CPC）聚光器。復(fù)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?jī)A斜度的調(diào)整。

太陽(yáng)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(yáng)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(gè)焦距等于50cm，口徑為50cm的透鏡，就需要一個(gè)厚度為25cm的玻璃半球。這種笨重的透鏡實(shí)際上是無(wú)法使用的，因此，在聚光太陽(yáng)能電池方陣中，絕大部分采用菲涅爾透鏡。

菲涅爾透鏡，實(shí)際上是對(duì)球面透鏡進(jìn)行微分切割，取出對(duì)光學(xué)折射無(wú)作用的部分而成。為加工方便，還進(jìn)行了整平，使球面透鏡變成一個(gè)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(duì)稱分布的平行楞狀條紋組成。與傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃透鏡相比，將菲涅爾透鏡用于太陽(yáng)能電池聚光有很多優(yōu)點(diǎn)。 2100433B

聚光器安裝在載物臺(tái)下，其作用是將光源經(jīng)反光鏡反射來(lái)的光線聚焦于樣品上，以得到最強(qiáng)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(diǎn)落在被檢物體上，以得到最大亮度。一般聚光器的焦點(diǎn)在其上方1.25mm處，而其上升限度為載物臺(tái)平面下方0.1mm。因此，要求使用的載玻片厚度應(yīng)在0.8—1.2mm之間，否則被檢樣品不在焦點(diǎn)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(kāi)大和縮小，影響著成像的分辨力和反差，若將虹彩光圈開(kāi)放過(guò)大，超過(guò)物鏡的數(shù)值孔徑時(shí)，便產(chǎn)生光斑；若收縮虹彩光圈過(guò)小，分辨力下降，反差增大。因此，在觀察時(shí)，通過(guò)虹彩光圈的調(diào)節(jié)再把視場(chǎng)光闌（帶有視場(chǎng)光闌的顯微鏡）開(kāi)啟到視場(chǎng)周緣的外切處，使不在視場(chǎng)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(gè)方向，其以總價(jià)低受到大家追捧，同時(shí)也出現(xiàn)了一個(gè)極端的小戶型——非成套住宅。何為非成套住宅？即大家經(jīng)?？吹降臎](méi)有廚房的通廊式住宅。形象地講就是標(biāo)間或古老的筒子樓增加了室內(nèi)衛(wèi)生間，當(dāng)然，也有更好聽(tīng)的名字“酒店式公寓”。