槽型反射器

槽型反射器是太陽能集熱器的構成原件。在提高太陽能集熱器性能方面，反射器起了很大作用。反射器的能量增益取決乎地理緯度、太陽赤緯、傾角、時角、反射面的幾何參數及反射特性等多方面的因素。

基本介紹

• 中文名：槽型反射器
• 外文名：Groove reflector
• 作用：性能提高太陽能集熱

概念

國內常用的真空管集熱器空曬溫度一般可達200℃左右，但工作溫度一般在120℃以下，若要進一步提高工作溫度，需配置聚光反射鏡，通過它反射並聚集一部分光到集熱管上，那么產生160-180℃的水蒸汽足完全可能的。這樣便可用於太陽能低溫蒸汽發電、製冷空調和海水淡化等。為節約成本，改進的真空管集熱器系統應滿足3個要求：①結構簡單，容易加工；②造價低，與成熟的太陽熱水器市場接軌；③具有一定的聚光效果，但不需要
跟蹤系統。

槽式聚光反射器的最佳化設計程式及模擬

太陽能集熟器效率公式和能量平衡公式為理論基礎，用Borland C++ Builder 6軟體編寫了最佳化設計程式—聚光反射器模擬程式。程式針對圓管形接收器編寫，可以根據設計自由載入反射器形狀，並對其進行最佳化。

在模擬程式編寫的基礎上，利用比較成熟的真空管為集熱載體設計了5種聚光反射器，即v形、梯形、圓弧形、拋物形和漸開線形，用聚光反射器模擬程式對各種形狀的反射器進行了最佳化計算，得到了各種形狀的反射器在南北方向擺放時的最佳組合形式。

程式編寫的理論基礎

為了與實際相聯繫，程式以圓管形集熱器為接收器進行設計。程式是對聚光反射器的模擬計算，其目的是對於一定形狀的反射器，在一定的太陽輻射條件下能計算中心圓管集熱器可以接收到多少能量和集熱器的接收效果，甚至計算出在某一特定時刻接收器接收到的能量及相關量的情況。程式編寫建立在圓管集熱器的光效率公式和能量公式的理論基礎之上。

程式由以上兩個光學公式為理論指導進行編寫，而且為便於相關量的編輯我們設計出程式界面包含一個參數設定部分，將相關參數設定為一定範圍，當進行計算操作時可以選擇設定參數後進行計算，計算結果在界面的另一部分顯示出來。此外，考慮到直觀性，設計在程式界面包含一個反射器形狀顯示部分，可以使由相關參數控制調整的反射器形狀躍然於界面上，並且使相關操作結果也可視化。

為模擬入射和反射的光路，同時根據一定的ρ_m值進行計算，需要計算當一路光線以一定的角度入射後經過一次反射或多次反射到達接收器上或投射出去的光路。根據光的反射原理(入射光線的入射角等於反射光線的反射角)首先計算出某一人射光線落點處在曲線的切線方程，然後根據法線與切線垂直的原理計算出法線方程，最後利用反射原理計算出反射光路。在實際計算中像這樣的計算相當複雜，一旦寫入程式用一定量去控制，計算就方便
很多。在計算光路的同時，程式同時記錄下某條入射光線的反射次數，光線每經過一次反射能量就會削減為原來的ρ_m倍，依此類推，對所有的光線進行累積平均計算。

程式簡介

在充分的理論計算之後，經過反覆調試，改進和完善的程式命名為聚光發射器模擬程式，其界面明朗，功能齊全。從直觀看，程式有兩個主要操作界面：一個是設定界面，另一個是子程式界面。

圖1 設定界面

設定界面：用於切換反射器形狀、選擇光線長度單位、光線角度單位、擺放方向和對太陽輻射強度進行編輯，同時也可以顯示能量曲線和能量結果，界面如圖1所示。

子程式界面包括3部分：參數設定和聚光反射器特性結果輸出部分、聚光反射器形狀顯示部分以及接收能量情況輸出部分。子程式界面以無聚光形式時為默認界面，通過設定界面的鏡面類型新建一個新的子程式界面，可以通過此方式創建多個子程式界面，界面之間可以通過界面左豎排的子程式名一欄進行相互切換。

聚光反射器特性結果輸出部分可以輸出以下幾個結果：鏡口面積(即反射器開口面積)、鏡面面積(所需反光板面積)、能量比率(進入反射器的能量和接收器接收能量的比值，為瞬時量，與投影角有關，即與時間有關)和陽光利用(進入反射器的光線數和投射到接收器上的光線數的比值，為瞬時量，與投影角有關，即與時間有關)。

聚光反射器形狀顯示部分：直觀反映左邊參數設定，用圖形描繪出來。而且左邊參數改變，聚光反射器形狀也會相應改變。

聚光發射器模擬程式考慮周全，包含了實際情況下的各個參數和實驗的構成要件，程式完全模擬太陽光在一定太陽輻射條件的入射和反射光路，可以對一定形狀的反射器進行最佳化設計如圖2所示，並計算出其能量聚光比、能量效率和所需反光板材料的面積等參數。程式在反覆調試改進和完善之後具有以下特點：

圖2 圓弧形反射器子程式界面

1)貼近實際，實用性強；

2)界面明朗，直觀感強；

3)具有導入導出功能，兼容性強。

程式經過改進和完善之後基本定型，可以正式載入反射器形狀進行最佳化設計，並且進行相關的模擬計算。

結論

用Bodand C++ Builder 6軟體編寫了程式—聚光鏡模擬程式。程式以太陽能集熱器效率公式和能量平衡公式為理論基礎，以小聚光、免跟蹤為原則進行編寫。考慮實際需要程式模擬基本上包括了實際實驗中的各個要素，可以根據實際設計需要添加反射器類型，進行模擬計算。經過改進和完善，該程式具有實用性強、貼近實際、直觀感強和兼容性強等特點，操作方便直觀。聚光鏡模擬程式的模擬計算能對反射器設計形狀進行最佳化計算，可為實際套用提供參考。

在模擬程式編寫的基礎上，利用比較成熟的真空管為集熱載體設計了5種聚光反射器(即v形、梯形、圓弧形、拋物形和漸開線形)，基本涵蓋了小聚光反射器的形狀，特點是形狀比較簡單，加工比較容易。用聚光反射器模擬程式對各種形狀的反射器進行了反覆的最佳化計算，得到了各種形狀的反射器在南北方向擺放時的最佳組合形式。

對於東西方向擺放形式也可以根據介紹的步驟進行最佳化設計，如果另外載入其他形狀的聚光反射器也可以參考介紹的最佳化方法進行最佳化設計。

除v形外的梯形、圓弧形、拋物形和漸開線形反射器在南北擺放時的最佳組合形式已經加工成模型並與無聚光情況進行了對比空曬實驗。幾個真空管空曬最高溫度分別為：無聚光，189℃；梯形，243℃(54℃)；圓弧形，262℃(73℃)；拋物形，236℃(47℃)；漸開線形，239℃(50℃)，括弧內為該形狀反射器最高空曬溫度與無聚光形式最高空曬溫度的差值。實驗效果頗為理想，且實驗結果與模擬結果吻合，證明了程式編寫的成功性和反射器形狀設計的合理性。