[发明专利]一种由多个非球面反射镜组成的太阳能聚光系统设计方法

摘要

本发明公开了一种由多个非球面反射镜组成的太阳能聚光系统设计方法。确定组成聚光系统的反射镜数目，把所有反射镜顶点规则的放在YOZ平面内；令入射太阳光束平行于XOY面，其入射单位方向矢量，取聚焦点Pf(xf,‑xftanθ,0)在过O点的反射光线上；对于顶点位于O点的反射镜，取不过O点的任一反射光线上一点P′′(x′,y′′,z′′)，P′′与Pf之间的距离R，n条光线的作为粒子群算法优化程序中的适应度函数；对于顶点在O′(a,b,c)点的非球面，a=0,则以O′点为原点建立新坐标系，新坐标系中变为，Pf变为Pf′，用代替，Pf

主权项

一种由多个非球面反射镜组成的太阳能聚光系统设计方法，在直角坐标系XYZ中，对于8次偶次非球面方程：式中，方程式第一项相当于一个二次曲面, C为二次曲面的顶点曲率, 1+a₂为二次曲面系数, a₂与二次曲面的离心率有关， a₄, a₆, a₈为非球面方程多项式中各高次项的系数，其特征在于包含下述步骤：（1）太阳能聚光系统中有m个8次非球面反射镜，2≤m≤200，这些非球面顶点都在YOZ平面内；（2） 令入射太阳光束平行于XOY面，且与X轴负方向成θ角，在XYZ坐标系中，入射光线单位方向矢量，α₁= cosθ，β₁=sinθ，γ₁=0；对于顶点在O点的非球面反射镜，过O点的反射光线与X轴负方向亦成θ角，取聚焦点在这条光线上，聚焦点坐标为P_f (x_f, ‑x_ftanθ, 0)；（3）在XYZ坐标系中，对于顶点在O点的非球面反射镜，不过顶点O的反射光线单位方向矢量，其上任一点坐标P′′(x′′,y′′,z′′)，x′′、z′′与y′′的关系由下式决定：其中，x、y和z为光线与非球面交点P的三个坐标值，令y′′=‑x_ftanθ，则P′′点与聚焦点P_f之间的距离为；（4）取n条光线均匀照射在此非球面反射镜上，n≥10，则n条光线所有R值的和为，i表示第i条光线；（5）取5 cm≤ h_max≤ 20 cm，h_max为h的最大值，以作为粒子群算法优化程序中的适应度函数，优化非球面参数，得到使极小的一组数，以这组数为参数的非球面就是顶点在O点非球面反射聚光镜面；（6）对于顶点不在O点，而在O′(a, b, c)点的非球面反射镜，则以O′点为新坐标系原点，以过O′点的入射光线与O′P_f夹角平分线矢量作为新坐标系的X′轴负方向，矢量与X′轴负方向单位矢的矢积作为Z′轴正方向单位矢建立新坐标系，由此新坐标系的Y′轴正方向也就确定了；（7）新坐标系X′Y′Z′中，过O′点的入射光线与X′轴负方向的夹角为θ₁，由θ₁得到以新坐标系为参考系的入射光线单位矢量，其中α₁′=cosθ₁，β₁′=sinθ₁，γ₁′=0，新坐标系中聚焦点的坐标P_f ′(x_f′, ‑x_f′tanθ₁, 0)；（8）用代替，用P_f′(x_f′, ‑x_f′tanθ₁, 0)代替P_f (x_f, ‑x_ftanθ, 0)，在新坐标系X′Y′Z′中，重复以上步骤（3）、（4）、（5），优化得到顶点在O′处的非球面反射镜参数。