高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实:该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善了菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。

线性菲涅耳不同镜场光学性能比较

首先通过矢量分析,得到线性菲涅耳(LFR)东西场镜场中任意矩形镜元的入射角、反射矢量、跟踪倾角计算公式,然后利用南北场的相关公式,对这两种不同的LFR镜场分布的末端损失、大气衰减、余弦系数等光学效率进行分析比较,针对不同应用,找出合理的镜场分布方式,为LFR系统的大规模应用提供重要的参考与指导。

线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置与优化

单根真空集热管和复合抛物面聚光器(CPC)组成的接收器(单管接收器)对线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置有特殊要求。本文根据单管接收器的特点,提出了利用CPC最大接受半角控制镜场高宽比实现镜场无阴影布置的方法。利用几何关系推导了镜场无阴影布置的数学表达式,并给出了数值计算方法。通过算例,将一次反射镜和镜场中心的距离与镜场地面覆盖率相结合对镜场布置进行了优化。研究结果表明:对于CPC最大接受半角为45°、反射镜宽度为380mm、而反射镜列数为21的镜场,当系统无阴影工作时间确定为6h时,相邻一次反射镜间距最大为537mm较为合理,而此时地面覆盖率为73.28%。该方法对于单管接收器线性菲涅尔聚光镜场的布置具有普适性,对线性菲涅尔式聚光系统的设计具有较好的指导意义。

线性菲涅耳聚光系统无遮挡镜场布置的矢量分析法

利用矢量分析,得到线性菲涅耳反射装置任一镜元的入射角、反射矢量、跟踪倾角计算公式。通过坐标变换,得到适合于阴影与遮挡计算的坐标系并计算出障碍镜元在被遮挡镜元所在平面上的阴影坐标,通过对阴影坐标的分析,给出镜元之间无阴影与遮挡的最小间距并经实验验证,分析了具体算例情况下的镜元间距。

线性菲涅尔一次镜场光学效率分析

对线性菲涅尔太阳能集热一次镜场的光学效率进行了数值计算。用最大采光半角θ、反射镜列数n和镜场填充率μ来描述镜场,计算一次镜场光学效率随光线入射角γ的变化趋势。该算法的计算结果与Trace Pro及Sol Trace的计算结果一致。分析表明：线性菲涅尔一次镜场的光学效率受相邻反射镜列间的遮挡和阴影影响,加大光线入射角,镜场效率明显下降;在无阴影和无遮挡的情况下,随着入射角γ的增加,与光线垂直入射相比,镜场效率按cosγ/2倍率下降。通过计算得到光线垂直入射时,镜场不发生遮挡的临界镜场填充率及其对应的光学效率。研究结果显示：减小最大采光半角能显著增加镜场光学效率;当最大采光半角为45~60°、在正午前后6~8 h,不发生阴影和遮挡的临界镜场填充率一般低于75%;与抛物线槽式聚光器相比,设计良好的线性菲涅尔一次镜场反射镜的阴影和遮挡,使正午前后6~8 h的平均光学效率下降5.0%~8.3%。

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。

真空紫外波段Al膜保护层MgF_2的光学常数

由于Al膜的保护层MgF_2薄膜的光学常数对Al/MgF_2高反射镜的性能有极大的影响,本文研究了获取MgF_2薄膜光学常数的方法。用热舟蒸发的方法在室温B270基底上镀制了3块不同MgF_2厚度的Al/MgF_2反射镜样品,通过掠入射X射线小角反射方法表征样品,获得了膜层厚度和粗糙度。在国家同步辐射实验中心计量站测试了入射角为5°时,样品在105~130nm波段的反射率。在Al、MgF_2膜层的厚度和Al的光学常数已知条件下,依据菲涅尔公式,得出了满足某波长处样品反射率的等值曲线,然后从三条曲线的交点得出了MgF_2薄膜在108~128nm波段的光学常数。对比和分析显示:利用此方法得到的108~128nm波段MgF_2薄膜光学常数计算的反射率曲线和实际测试得到的反射率曲线吻合较好。

虚共焦非稳腔腔镜倾斜对光束影响的三维重构

为了直观再现腔镜倾斜对光束分布的影响,用FoxLi数值迭代法及图像重构法,绘得方形镜虚共焦腔在不同倾角下近场及远场光强的三维分布图,并对倾斜后光束特点进行了讨论。结果表明,腔镜倾斜使光束近场分布变差,致使远场光束发生畸变,质量下降。

线性菲涅尔反射式太阳能集热系统的设计与试验研究

本文研究了线性菲涅尔反射式太阳能集热系统,基于几何光学原理计算模拟了线性菲涅尔反射镜镜场和复合抛物面的接收系统,在减少末端损失的基础上设计了系统的机械结构,制作了线性菲涅尔反射式太阳能集热系统的装置,并进行了集热性能的实验测试。测试结果表明,该系统在9倍聚焦倍率下,导热油的最高温度可达176.2℃,系统的平均瞬时热效率约为53%,很好地实现了其集热性能。

圆形球面虚共焦非稳腔的三维数值研究

通过对１／２共焦腔和稳定腔的计算，考查了同三维菲涅耳积分方程相应的Ｃ－８程序的可靠性。对激光在三维圆形球面虚共焦非稳腔中的传输作了计算和分析。取相同的远场传输距离且放大率由大变小时，强度分布由近场的投影分布逐渐趋于远场的高斯、超高斯分布。

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8μm、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。

短波长激光在柱面条状虚共焦非稳腔中的传输

用数值迭代方法求解了柱面条状虚共焦非稳腔的积分方程组。对相同及不同的菲涅耳数ＮＦ和不同的放大率ｍ等情况进行了数值计算。结果表明，在所取的ＮＦ范围内近场光场强度的空间分布偏离均匀分布，但相位近似为均匀分布。其中小ＮＦ和大ｍ时不仅近场分布较为理想，而且远场强度的角分布接近衍射极限。

多模短波长激光在圆形球面腔中的传输

用数值积分方法求解了在圆柱坐标中的横向多模菲涅尔 (Fresnel)积分方程 .在初始复数光场振幅取均匀分布和随机分布的条件下对圆形球面共焦腔、稳定腔和平面腔的TEMn0 模进行了计算分析 .计算结果表明 ,球面腔单一模的数值结果同解析解的结果符合较好 。

3kW射频板条CO_2激光器抛物面非稳波导腔研究

为了提高传统球面镜腔3k W射频板条CO_2激光器光束质量,设计了新型抛物面镜负支非稳-波导混合腔;结合标量光束的瑞利-索末菲衍射理论与特征向量法,研究了大菲涅耳数下镜面类型对非稳波导混合腔光场传输特性的影响;利用矩形波导理论、1维近似分析得出了波导传输损耗及偏振情况。结果表明,将非稳方向输出镜和尾镜改为与光轴交点处曲率半径为R_1=951.32mm和R_2=1088.68mm的抛物镜面,能够避免尾镜漏光,可有效改善模式鉴别特性;常用波导电极镀膜材料中,镀铝电极内波导方向传输损耗最小,传输光场为x偏振的EH1模。采用电极镀铝的抛物面非稳波导腔能够降低损耗、提升光束质量。

KB镜成像模拟以及与菲涅耳波带板成像的比较

采用坐标变换方法自编光线追迹程序模拟了Kirkpatrick-Baez镜在X射线波段的掠入射成像,获得了视场、分辨率等结果.比较了给定参量条件下Kirkpatrick-Baez镜与菲涅耳波带板两种高分辨X射线成像的特性,给出两者各自适用范围.Kirkpatrick-Baez镜成像有比较高的系统效率,在视场中心的空间分辨能力可达0.71μm,但偏离视场中心±200μm,空间分辨能力显著下降至6μm,适用于较小视场的成像.菲涅耳波带板成像不仅在视场中心可以实现0.39μm的空间分辨能力,偏离视场中心达±13 mm,空间分辨能力也几乎不变,可实现大视场高分辨成像.

提升成像光谱仪入射光能利用率的研究

针对全反射傅里叶变换成像光谱仪存在入射光能浪费的问题,对其中的菲涅尔双面镜提出了一种改进型结构,将原相连的菲涅尔双面镜分开一定距离,同时将分离后的两块平面镜各自围绕光轴向上移动适当距离,使其围绕光轴上下对称的干涉场仅在光轴的上方分布。仿真研究表明,改进后的双面镜结构可使入射光能的利用率提高一倍,同时干涉条纹傅里叶变换的分辨率提高一倍。这对提升全反射傅里叶变换成像光谱仪的弱光检测能力和拓展其光谱检测范围具有重要意义。

线性菲涅尔集热器镜场设计理论与光学分析

文章介绍了线性菲涅尔反射镜场的设计方法与数学模型,分析了镜场模型的光学特性和镜场的各项光学损失,并计算了集热器的光学效率。在镜场反射镜数目一定的情况下,研究了光学效率随吸收器高度、镜面间隔与镜面宽度变化的规律。研究结果表明:吸收器高度对镜场的余弦损失、阴影遮挡损失影响较大,吸收器高度增加,集热器光学效率随之增加;镜面间隔变化对镜场余弦损失影响很小,对阴影与遮挡损失的影响很大,镜面间隔增大,阴影与遮挡损失迅速减小;镜面宽度对镜场余弦损失影响很小,太阳入射倾角较小时,镜面宽度对阴影与遮挡损失影响较大,镜面宽度增大这种损失迅速增大。

线性菲涅尔集热器光学特性实例分析与模拟

对线性菲涅尔集热器的聚光性能和光学效率进行了模拟与计算.根据几何光学原理,对集热器镜场各项光学损失(如余弦损失、阴影与遮挡损失)建立数学模型,计算出每项光学损失对应的光学效率.再用TracePro光学软件建立集热器的几何模型,利用光线追踪的方法,模拟入射到镜场的光线在模型空间的传播.光线在模型表面发生吸收、反射和散射等过程,追踪每束光线的光通量,计算得到集热器的光学效率和聚光比等性能参数.结果表明:通过数学模型和光学软件模拟得出的集热器光学效率一致,2种方法分别从细节与整体上剖析了影响集热器光学性能的因素,在集热器设计中可以结合使用,互相补充.

铝材在太阳能光伏发电装备中的应用

太阳能光伏发电是一种再生的无污染的新能源,挤压铝材是制造这种发电装备有竞争力的可选材料,电池板框架、支柱、支撑杆、拉杆等都可以用铝合金制造。太阳能光伏发电装备铝材可用6061、6063、6082铝合金挤压,平均铝材用量约60 t/MW,减排二氧化碳933 kt/MW。我国云南昆明石林太阳能发电站一期已于2010年5月并网发电,亚洲第一大,仅次于美国及西班牙早些时候建成的。截至2009年底,全球太阳能光伏发电系统装机容量已超过1GW。目前妨碍太阳能大发展的主要障碍是造价过高,建设成本约8 000元/kW。

双面镜结构成像光谱仪的改进及性能分析

针对目前双面镜结构成像光谱仪的可分辨最短波长为实际最短波长的2倍,存在分辨率浪费的问题,提出1种改进型结构,即在原菲涅尔双面镜干涉结构的基础上,移动双面镜使其从交接处分离。研究表明,改进型结构可使双面镜结构成像光谱仪可分辨的最短波长与实际最短波长一致,波长最小分辨率提高1倍,这对提升成像光谱仪的光谱检测性能具有重要意义。