为了实现聚光器镜面单元安装误差的快速校准, 设计了一种螺纹副与球铰副组合的镜面单元支撑-调节结构, 该结构可以实现调节量的准确控制。提出了镜面单元位姿(轴线矢量和顶点位置)的快速测量方法和轴线矢量位姿误差的定量校准方法。首先, 应用摄影测量方法确定镜面单元表面的3个特征点(构成三角形)坐标, 建立镜面单元位姿、球铰中心与特征点坐标三者关联的数学模型, 实现镜面单元位姿的快速测量。然后, 结合镜面单元的调焦过程, 提出“三转一移”刚体运动(3次绕轴旋转和1次平移)来等效镜面位姿误差, 建立镜面单元位姿与螺栓调节量的关联模型, 实现镜面单元轴线矢量误差的定量校准。通过SolidWorks软件建立的虚拟调焦实验和室内的金属平板位姿调节实验, 验证了本设计的镜面单元支撑-调节结构的便捷性, 以及轴线矢量定量校准方法的有效性。提出的镜面单元校准方法不受反射镜几何形状的限制, 具有广泛的适用性。

为实现碟式聚光器镜面单元调焦的定量指导，需要建立镜面单元空间位姿与聚焦光斑特征的唯一定量对应关系。提出以镜面单元旋转和平移运动的组合等效引入位姿误差，基于光线跟踪方法建立位姿误差工况的聚焦光斑分布模型，引入聚光比阈值来提取聚焦光斑的特征边界，并采用最小二乘法对特征边界进行椭圆拟合，用于表征聚焦光斑的分布特征。分析了太阳直射辐照值、边界提取阈值、镜面单元位姿误差等对聚焦光斑特征的影响。结果表明，镜面单元位姿误差工况不同时，聚焦光斑的椭圆几何特征具有明显可区分性，用于镜面单元位姿反演具有可行性，为镜面单元调焦系统的搭建提供了参考。

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性，提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法，推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型，此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动，避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序，计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布，并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明，在碟式—腔式吸热器中，跟踪光线6.10×108根需112 s，在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根，这样仅需16 s。运动累加方法的计算过程较简单，且具有一定的计算效率，可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。