太阳能塔式热发电聚光场光学性能分析.pdf

第 37 卷第 11 期 光 　子 　学 　报 Vol . 37 No . 11 2008 年 11 月 　　　　　　　　　　　　 November 2008 A C TA P HO TON ICA SIN ICA 太阳能塔式热发电聚光场的光学性能分析 1 ,2 3 1 1 魏秀东 ,王瑞庭 ,张红鑫 ,卢振武 ( 1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 ,长春 130033) (2 中国科学院研究生院 ,北京 100049) ( 3 吉林大学 数学学院 ,长春 130022) 摘 　要 :提出了一种动态模拟太阳能塔式热发电聚光场焦斑及焦面上能流密度分布的方法 ,采用光 线追迹法对聚光过程进行建模 ,推导了焦斑计算公式 ,并编制了基于 MA TL AB 的应用程序 ,实现 了对焦斑及焦面上能流密度分布的实时模拟 ,给出了焦斑分布及焦面上任意点能流密度随时间的 变化曲线. 关键词 :太阳能塔式热发电;聚光场 ;光线追迹法 ;动态模拟 中图分类号 :O439 　　　　文献标识码 :A 　　　　文章编号 :100442 13 (2008) 1122795 θ δ 0 　引言 角 , 表示入射角 , R 表示集热器轴线与铅垂方向的 夹角 , EH ,A H 分别表示镜面中心点法线方向的俯仰 [ 1] 太阳能聚光热发电技术 是利用聚光场收集太 角和方位角 , T 和 M 分别表示集热器入 口和定 日镜 阳辐射能 ,利用得到的热能进行发电的技术. 太阳能 的中心点 ,在跟踪太阳过程中所有定 日镜的反射主 聚光技术是光学技术在太阳能发电领域的具体应 光线始终瞄准 T 点, M 、T 间距离用 S 0 表示. 用. 聚光场由按一定规律布置的定日镜阵列组成 ,每 [2 ] 面定日镜可绕双轴 转动跟踪太阳并将阳光反射到 集热器 ,因此 ,在电站运行过程中 ,聚光场的焦斑动 态变化. 由于光场的复杂性和动态性 ,采用传统光学 设计软件及设计方法[36 ] 很难实现对聚光场的优化 设计. 目前 , 国 外 有 关 聚 光 场 的 设 计 软 件 如 H FL CAL [ 7 ] ,D EL SOL 3[ 89 ] , WinD EL SOL 1. 0 及 其他一些设计方法[ 1011 ] 均处于实验研究阶段 , 国内 还没有相关设计软件的报道. 此外 ,现有的设计软件 一般只考虑提高聚光场的光学效率 ,而忽视了聚光 场与集热器的匹配 ,在电站的实际运行中存在一定 的安全隐患. 为了更好的实现聚光场的优化设计 ,使聚光场 图 1 　坐标系统的建立 与集热器达到匹配 ,需要分析聚光场的聚光特性. 本 Fig . 1 　To est abli sh t he coor dinat e syst em 文采用光线追迹法对聚光场的聚光过程进行建模 ,