极轴式定焦点菲涅尔聚光器的聚光理论与实验研究

摘要

由于实际太阳光具有16′的半平均视角以及存在色散作用,该文针对聚光比高、焦径比小的菲涅尔透镜,理论推导了菲涅尔透镜的理论焦距及焦斑半径。并在此基础上提出了1种能实现定焦点聚光的太阳能聚光器,详细分析了该聚光器的定焦点聚光原理,得到理想跟踪条件下焦斑偏移的理论公式。建立实验平台,用于对全天聚光焦斑的位置偏差进行可见光拍摄,并将实验结果与理论分析进行比较。根据实验结果,全天聚光焦斑的相对位置偏差最大值为11.2%,且焦斑基本分布于以基板中心为圆心、半径60 mm的圆环区域内,即实现定焦点聚光。理论推导结果表明,全天聚光焦斑相对位置偏差最大值为7.0%,且焦斑分布情况与实验基本一致。结合全年太阳赤纬角的变化,对真太阳时为10∶00~14∶00的聚光焦斑位置偏差情况进行理论模型分析,结果表明该聚光器的全年聚光焦斑相对位置偏差最大值为7.2%,焦斑中心依然包含于半径为60 mm的圆形区域内,进一步验证了聚光器能实现全年定焦点聚光。