成像聚光太阳能集热器

成像聚光太阳能集热器

聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。

聚光集热器是一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透镜、菲涅耳反射镜三种。聚光器接受太阳光的投影面称为光孔（或“开口”），聚光器把照射到光孔的辐射汇聚到接受器上，如果聚光器光孔面积为A1，接受器受聚光面积为A2，则有：C=A1/A2，C称为“聚光比”，是聚光集热器的聚光程度的特征参数。抛物面聚光集热器

由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面。在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见图1（a）。把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见图1（b）。

抛物面聚光集热器

图2（a）是旋转抛物面集热器的立体图，由旋转抛物面构成的聚光器与安装在焦点上的点状接收器组成。旋转抛物面聚光集热器的聚光比范围非常高，约500至3000，最高聚热温度500度至3000度。

抛物柱面集热器也叫槽式集热器，图2（b）是槽式集热器的立体图，由于柱状抛物面的光线是会聚到一条线（带）上，故接收器是长条形的，一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。抛物柱面聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度250度至400度。

旋转抛物面聚光器与抛物柱面聚光器

菲涅耳透镜聚光集热器

普通凸透镜的原理大家都知道，如图3(a)所示，平行于透镜主光轴的平行光通过凸透镜后将会聚到焦点上。若需直径较大的透镜则会很厚，不但非常笨重还会使透光性下降。由于透镜的性能取决于其表面，在保证表面形状的条件下把透镜压扁，菲涅耳透镜把透镜分成许多圆环，每个圆环在保持对应半径处的镜面曲线下尽量薄一点，如图3(b)所示,这样的结构可制造直径大又轻的凸透镜。

菲涅耳透镜聚光器

圆形菲涅耳透镜聚光集热器的聚光比范围比较高，约100至1000，最高聚热温度300度至1000度，见图4（a）。菲涅耳透镜也可以做成柱面，称为线性菲涅耳透镜，其接收器也为圆管状，线性菲涅耳透镜聚光集热器的聚光比范围约6至30，最高聚热温度100度至200度，见图4（b）。

圆形菲涅耳透镜与线性菲涅耳透镜

菲涅耳反射镜聚光集热器

既然有菲涅耳透镜也就有菲涅耳反射镜，图5（a）显示了菲涅耳反射镜的原理，它把原来厚的抛物面分成小段放在一个平面上。图5（b）显示了用菲涅耳反射镜制作的菲涅耳反射镜聚光集热器，它是长条形结构，也称线性菲涅耳反射聚光器。

菲涅耳反射镜聚光器

线性菲涅耳反射镜聚光集热器的聚光比范围约15至50，最高聚热温度200度至300度。

成像聚光太阳能集热器要求太阳光线与反射镜或透镜的轴线平行，才能把光线会聚到接收器上，但太阳是在不停的移动，必须有跟踪机构来使镜面轴线对准太阳，以保证光线准确的投射到接收器上。