1 昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650500
2 昆明理工大学太阳能工程研究所，云南 昆明 650500
针对太阳翼工作特征，设计了一种截断复合平面聚光器，并通过耦合实时日地距离、地星空间关系以及太阳辐射理论，构建了太阳翼接收太阳辐射模型。研究采用编程计算、仿真模拟和实验验证相结合的方式，结果表明复合平面聚光器的聚能特性与理论预测结果趋于一致。电池板表面太阳辐照度平均绝对误差仅为0.04 W/m2，卫星受晒特征时间平均绝对误差为18.2 s。太阳翼理论发电功率峰值相较于常规太阳翼提升了约87%，且接收半角内电池板表面能流密度平均均匀度达到了0.615。研究结果可为太阳翼的结构设计与优化提供参考。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 辐照度 太阳翼 能流密度
1 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学化学工程学院太阳能工程研究所, 云南 昆明 650500
基于非成像光学边缘光线原理与几何光学反射定律,针对圆形吸收体构建了无间隙损失复合抛物聚光器(CPC)面形结构的数学模型,并通过程序计算获得了等长反射面的数值解。采用可见激光实验装置对无间隙损失CPC模型进行了验证,结果表明,数值计算的光线路径与激光实验光线路径吻合。此外,单对等长反射面的无间隙损失CPC具有最大的单个等长反射面长度,且恰好为吸收体的半径。当等长反射面对数从单对增加到6对时,单个等长反射面长度从23.50 mm降低至7.65 mm。在实际应用过程中,等长反射面的对数不宜过多。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 无间隙损失 数学模型 接收半角
1 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学太阳能工程研究所, 云南 昆明 650500
针对非凹表面吸收体,基于边缘光线原理、微分几何曲线理论及几何光学反射定律,构建了非成像太阳能复合抛物聚光器(CPC)面形结构一般性数学模型,并获得模型求解的几何边界条件。针对常见的圆形、上平板形吸收体,验证了所构建的一般性数学模型的适用性。结果表明该一般性原理方程在获取CPC面形结构参数方程过程中具有直观性和便捷性。基于此方法还获得了新型结构半圆形吸收体CPC结构方程,并采用激光实验验证了所获得的半圆形吸收体CPC面形方程的正确性。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 微分几何 数学模型 解析解 光学学报
2021, 41(24): 2408001
1 长春理工大学 光电工程学院， 长春30022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心，长春1300
为解决现有太阳模拟器能量利用率低导致辐照度低的难题，依据太阳模拟器基本成像原理，提出利用复合抛物面聚光器（CPC）改进太阳模拟器的聚光系统.分析了CPC与传统聚光器的聚光机理，基于边缘光线原理推导了CPC的参数设计方法.利用LightTools软件结合嵌套的体光源与CPC建立聚光模型，分析了CPC理想最大接收角。建立椭球聚光镜与组合聚光系统的对比模型，验证了理论分析.通过截取分析得到最佳截取比来优化初始结构，进而确定CPC的最终结构.结果表明：氙灯应用在CPC中的能量利用率高达94.86%，且整个太阳模拟器的辐照度有很大提升.该研究能够为设计高能量利用率高辐照度的太阳模拟器提供参考.
Solar simulator Compound parabolic concentrator Energy utilization Concentrating system Irradiation Ellipsoid condenser Uniformity of irradiation 太阳模拟器 复合抛物面聚光器 能量利用 聚光系统 辐照度 椭球聚光器 辐照均匀度
红外与激光工程
2020, 49(6): 20190575
1 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学太阳能工程研究所, 云南 昆明 650500
针对圆形吸收体提出了一种几何聚光比和可接收角同步提高的新型太阳能复合抛物聚光器(CPC),构建了新型CPC面形结构模型及数学解析解。对新型CPC的聚光性能进行了分析,并与常规CPC的光学性能进行了比较,结果表明:对于切线角相同的圆形吸收体新型CPC,随着圆形吸收体的直径增大时,面形起点的纵坐标值减小;当圆形吸收体直径和切线角分别为47 mm和5.56°时,面形起点的纵坐标为-29 mm;随着光口宽度角增大,新型CPC聚光器的几何聚光比减小,可接收角和平均光学效率随着光口宽度角的增大而增大;当光口宽度角为60°时,几何聚光比为1.16,可接收角为74.39°,平均光学效率为86.77%;新型CPC聚光器吸收体表面的能流分布较传统CPC更均匀。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 圆形吸收体 面形
北京理工大学光电学院, 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
为使LED光源实现特定范围内的均匀照明，提出了一种由复合抛物面集光器和自由曲面透镜结合的主次镜两级准直照明设计方法。该方法可将照明系统出射角控制在±5°～±15°范围内，并在目标区域内实现均匀照明。仿真结果显示：系统出射角在±5°～±15°范围内，理想情况下该系统的能量利用率和照明均匀度均可达85%以上；同时，系统的照明均匀度不会随照明距离的改变发生显著变化，在实际应用中可通过改变照明距离来改变光斑大小和光斑照度。
光学设计 非成像光学 复合抛物面集光器 同步多表面法 自由曲面透镜 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 082201
1 昆明理工大学太阳能工程研究所, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
固定光口聚光太阳能系统具有宽带集热温度、无需跟踪装置、无机械运动、易于集成构建、运行状态稳定等优点, 因此针对圆形吸收体太阳能复合抛物聚光器(CPC)关键部件面形结构进行了研究。理论构建了圆形吸收体CPC面形结构模型, 并获得其解析解。运用光学设计软件TracePro验证所构建理论模型的光学特性。利用圆形吸收体CPC面形光学特性, 构建了CPC耦合太阳能集热系统, 并建立其光学特性计算方法。针对所构建系统的光学特性进行了数值计算, 结果表明所构建系统的采光量较真空管太阳能集热系统有所提高, 平均提高比例为34.57%。
光学设计 复合抛物聚光器 圆形吸收体 太阳能 面形
1 中国科学院 广州能源研究所 中国科学院可再生能源重点实验室 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广东 广州 510640
2 中国科学院大学，北京 100049，
3 中国科技大学，安徽 合肥 230026
针对全玻璃真空管与平板太阳能热水器存在系统复杂、成本高、不易维护等缺点，以及传统闷晒式热水器存在集热效率低和热损失严重等问题，提出了一种集热效率高、热损失小、成本低的基于复合抛物面-渐开线聚光的闷晒式太阳能热水器。对复合抛物面、渐开线以及复合抛物面和渐开线二者结合的聚光器进行了优化设计，制作了与该聚光系统配套的带有选择性吸收涂层的集热器水箱。最后，搭建了闷晒式热水器系统并进行了集热性能测试。结果表明，当太阳辐照强度的平均值为800 W/m2、周围环境的平均温度约为21 ℃时，闷晒式热水器可以将40 L水从21 ℃加热至62.20 ℃，系统的瞬时效率截距为0.63，热损系数为10.40 W/(m2·℃)。而传统黑色聚乙烯塑料袋闷晒式热水器的瞬时效率截距为0.31，热损系数为13.32 W/(m2·℃)，与其相比，本系统在集热效率和保温性能上有着明显的优势，完全能够满足人们的日常生活用热水，具有良好的市场前景。
太阳能 复合抛物面聚光器 渐开线 闷晒式太阳能热水器 瞬时效率 选择性吸收涂层 solor energy compound parabolic concentrator involute integral solar water heater instantaneous efficiency selective absorbing coating
1 防化研究院, 北京 102205
2 杭州电子科技大学 通信工程学院, 杭州 310018
基于边缘光线原理和光学扩展量守恒思想, 结合复合抛物面聚光器和轴对称自由曲面透镜, 设计并研制了大功率发光二极管扩展光源的反射/折射准直器.运用Tracepro软件对系统进行光束追迹模拟仿真和实验, 研制出均匀光斑的光辐射模拟器.模拟器输出发散角为±12°光束, 测量距离出射面50 cm处光屏的光斑, 在尺寸为14 cm× 14 cm的光照范围内, 测得光斑水平方向中心线上的光度均匀度优于4.1%, 竖直方向中心线上的光度均匀度优于3.8%.
光源与照明 LED扩展光源 光学扩展量 复合抛物面聚光器 自由曲面透镜 均匀度 发散角 Light sources and lighting Extended LED source Optical etendue Compound parabolic concentrator Freeform lens Uniformity Divergence angle
