太阳模拟器光学试验系统设计与性能分析

发布时间：2020-01-29 03:36

【摘要】：太阳模拟器是太阳热发电技术研究的重要实验设备,能够在短时间内模拟出不同季节、不同地域的太阳光照特性,以满足各种试验对不同太阳辐照的要求。太阳模拟器不仅可以应用在为试验提供需要的仿太阳环境,还可以用于研究集热系统、换热系统、和微型太阳热发电系统性能的测试等许多领域的研究,为实际建造提供数据指导,大幅度降低成本,提高成功率,同时还可以用于测试储热材料性能的各项试验中和各种物质的高温和超高温稳定性测试,是一种应用范围广、研究潜力大的实验设备。光学系统是太阳模拟器的核心组成部分,直接决定着太阳模拟器的复杂情况、整体性能、应用领域等一系列性能参数,是太阳模拟器设计的重要环节,光学系统的设计包括光源的选用、聚光罩的设计、支撑结构的设计、移动机构的设计、调灯机构的设计等多个方面,每一部分的设计都会直接影响光学系统的整体性能。太阳模拟器得到的理想光斑应该是能量集中、照度均匀性好的稳定光斑,而且光斑面积通常是较小的,但是由于模拟器设备是一个复杂的合成系统,整体尺寸通常很大,并且组成部件多,所以会有很多误差因素对光斑的性能产生影响。但是在众多误差因素中有三个偏差对光斑的影响是最为直接的:其一是单光源系统产生的角度偏差,该偏差不仅会对光斑的形状产生微小变化,还会改变光斑的位置,而且该偏差主要是由零件机械加工精度和装配误差等因素决定的,一旦完成整体装配,该误差便很难得到补偿;其余两个是由光源和聚光罩产生的重合度偏差和倾斜角偏差,此两个偏差不仅可以通过设计过程中提高另加加工精度来补偿,而且还可以通过调整机构实现在现场的误差补偿。在设计过程中,采用理论计算与软件模拟相结合的方式分别分析三种误差对光斑的具体影响情况,分析产生原因,总结光斑的变化规律,提出补偿方案为太阳模拟器光学系统设计和现场调整提供指导依据。
【图文】：

但是其性能参数均比较低，需要 100 求的辐照面，例如美国的喷气推进实验室（JPL）[107.6m 的空间模拟环境的设备上，设计了同轴结构太 2.5KW 的汞-氙灯，辐照面是边长 3.35m 的正六中叶，伴随着较大功率氙灯的普及应用，，美国的波音结构的 A-7000 大型太阳模拟器[12]，采用的是 37 个直径为 6.1m 的辐照面。间中心的编号为 NASDA 的太阳模拟器[13~15]主要作模拟器是离轴光学系统结构，采用 163 块反射原理 的短弧氙灯作为光源，可获得 1758W/m2的辐照度。士保罗谢勒研究所（Paul Scherrer Institute）[16,17]制造的太阳模拟器，光源采用 3 层布置，水平点燃，可得 11000 个太阳常数的光斑，该设备主要被用于超高

联邦理工学院Hirsch D等[20,21]制造出采用200KW的阳模拟器，可得到连续辐照功率为 75KW，中心位可产生 2900K 的超高温度区域。学的 Kenny S P 等[22~24]利用 1KW 的 28 只汞碘气体 1.22m×2.44m 的太阳模拟器，如图 1-2 所示，28 只合行距均是 0.45m，平均辐照度为 1080 W/m2，最大
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615

【参考文献】

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本文编号：2574229