1 长春理工大学 空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
2 厦门理工学院 光电与通信工程学院，福建 厦门 361024
在塔式太阳能热发电中，定日镜面形误差对镜场光学效率具有重要影响，因此需要对定日镜面形误差进行检测。定日镜一般由多个子镜拼接而成，子镜的倾斜角度误差是定日镜面形误差的重要组成部分。本文提出一种基于摄影测量的定日镜子镜倾斜角度误差的检测方法，即在已知定日镜子镜外形尺寸的条件下，利用摄影成像原理计算出定日镜子镜4个角点的空间位置坐标，进而求出子镜的法线方向，再利用所求得的法线计算出子镜的倾斜角度，最终实现对定日镜子镜倾斜角度误差的检测。本文详细阐述了该方法的测量原理，推导了计算公式，并利用平面镜与相机进行了相关验证实验。通过在不同距离下对不同倾斜角度的平面镜进行测量实验，得出测量镜面倾斜角度与实际倾斜角度的偏差约为0.1°~0.3°，实验结果表明：该方法能够较准确地检测定日镜子镜的倾斜角度误差，验证了该方法的正确性和可行性。
定日镜 子镜 摄影测量 法线方向 倾斜角度 面形检测 heliostat sub-mirror photogrammetry normal direction tilt angle surface shape detection
1 厦门理工学院光电与通信工程学院，福建厦门 361024
2 厦门理工学院福建省光电技术与器件重点实验室，福建厦门 361024
3 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林长春 130022
太阳能聚光光伏发电技术具有聚光比高、电池材料耗费少、光电转化效率高等优点，是太阳能发电的重要方式之一。介绍了太阳能聚光光伏发电的工作原理以及近年来光伏聚光器的最新研究进展，对不同类型光伏聚光器的聚光原理、设计方法和性能特点进行了分析和总结。在聚光器设计方面，采用二次聚光和光波导的方法，可以获得较高的聚光比和较均匀的能流分布，从而获得更高的光电转化效率; 在聚光器材料方面，采用聚合物做透镜和光波导，可以减轻模组重量，降低材料成本; 在生产工艺方面，采用模压和注塑的方法，降低了生产成本，易于实现批量生产，并能够更好地控制产品质量。随着光伏聚光器成本的降低、聚光性能的提高以及多结太阳能电池的发展，太阳能聚光光伏发电技术将得到更广泛的应用。
太阳能 聚光器 聚光光伏发电 太阳能电池 光波导 solarenergy concentrator solarconcentratingphotovoltaic solarcell opticalwaveguide
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为了确定一种新型间接测量太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度分布方法的测量误差范围，对其进行了进一步研究。从理论公式出发，分析了该测量方法的误差源;使用球面小定日镜、CCD相机、漫反射板、中性密度滤光片等设备进行了能流密度测量的实验，使用MATLAB软件对实验数据进行处理，得到了漫反射板上聚焦光斑的能流密度分布和总能量;实验时借助全站仪测量并计算了定日镜中心的光线入射角，根据定日镜的面积和反射率、太阳直射辐射值、余弦效率等计算了光斑能量的理论值，并与测量得到的聚焦光斑总能量比较，得出了实验条件下该方法测量光斑总能量以及能流密度的相对误差为35%。该测量误差在允许范围内，进一步证实了该能流密度测量方法的正确性和可行性。
测量误差 能流密度测量 聚焦光斑 太阳能热发电 measurement error flux density measurement concentrated solar irradiance solar thermal power plant
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种新型的基于间接测量原理的塔式太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度的检测方法。该方法不需要使用量热计或能流密度探测器,使测量过程得以简化。利用同一部相机，在完全相同的相机参数设置下，拍摄太阳和聚焦光斑的图像，根据当前的太阳直射辐射值，标定相机的像素灰度值与聚焦光斑能流密度值的比例因子，进而得出聚焦光斑的能流密度分布。详细阐述了该方法的测量原理，搭建了实验平台，并测量了一面小定日镜聚焦光斑的能流密度分布，验证了该方法的正确性和可行性。实验结果表明，该方法测得的峰值能流的相对误差小于5%,而系统的重复性误差约为1%。
测量 太阳能 太阳能热发电 聚焦光斑 能流密度测量 间接测量法
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为提高抛物槽式太阳能聚光器的聚光效率，需要对聚光器的整体面形进行检测和调整。提出采用吸热管反射成像法检测槽式聚光器各子镜的安装位置及倾斜角度，进而获得聚光器的整体面形信息。通过测量相机与被测聚光器的相对位置，可计算吸热管在待检测子镜中的成像位置及形状，并推导了吸热管在聚光器中的理论成像位置计算公式。进行了吸热管反射成像法检测槽式聚光器面形的实验。通过调整聚光器子镜的安装位置和倾斜角度，使吸热管在子镜中的实际成像位置与理论位置重合，验证了检测方法的正确性和可行性。
光学器件 聚光效率 聚光器面形 吸热管反射成像法 抛物槽式聚光器
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对槽式太阳能热发电对聚光器面形检测的需求，在详细调研了太阳能聚光器面形检测现状的基础上，提出了一种基于偏折原理的太阳能槽式聚光器面形快速检测方法。采用一种自迭代算法进行曲面重建并且引入摄影法对被测镜位置进行快速定位，使操作更简单，测量速度更快，以适用于在线检测。详细阐述了该方法的测量原理，搭建了相应的实验平台，测量了一面槽式抛物镜的面形。实验结果表明该方法能快速、定性地给出被测镜的面形数据，验证了该方法的正确性和可行性。
测量 太阳能热发电 太阳能聚光器 面形检测 偏折法 中国激光
2013, 40(12): 1208006
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑，需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法，使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特卡罗光线追迹方法，设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处，80 mm直径的接收靶面上可接收10 kW的辐射光能，光斑对称性和均匀性好，系统的传递效率为23.81%，80 mm直径靶面内的平均能流密度为2 MW/m2，50 mm直径靶面内平均能流密度达到3.64 MW/m2，对应的理论色温超过2800 K。采用非共轴椭球面聚光镜，成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试，太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。
光学设计 光斑质量 光线追迹方法 太阳模拟器 光学学报
2012, 32(10): 1022002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100049
概述了太阳能热发电技术的发展状况，介绍了用于太阳能热发电的5种聚光系统，包括槽式、碟式、塔式、线性菲涅耳式以及地面接收式。详细阐述了这些聚光系统的光学结构、聚光原理以及聚光器件的设计方法和制作工艺，指出了不同聚光系统在聚光过程中的优缺点。文中的讨论可为太阳能热发电聚光系统的设计提供参考。
太阳能热发电 聚光系统 solar thermal power plant concentration system
