在焦点上的太阳像的尺寸优化方案

抛物线形槽式聚光集热器采用的是线聚焦原理，利用抛物线形聚光器将太阳光汇聚到聚光器上方焦线处的集热管上。图4.14和图4.15所示为槽式抛物面对一组平行光线的汇聚作用示意图。

阳光经聚光器聚焦后，在焦线处呈一线型光斑带。真空集热管放置在光斑带上，吸收聚焦后的阳光，加热管内的工质，因而需要确定焦点上太阳像的尺寸，从而确保吸热面的宽度大于光斑带的宽度，防止聚焦后的阳光溢出吸收范围。

图4.12　太阳能集热管示意图

图4.13　槽式集热器结构图

如图4.16所示，抛物线形反射镜的方程式为y2＝4fx，对镜面的任何一点（x，y），反射到焦点上的理想太阳像的尺寸为

式中：R为镜面上的一点与焦点之间的距离，其数值随不同的反射点而不同；δ为太阳张角，δ＝32′。

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图4.14　槽式抛物面聚光示意图

图4.15　轴向视图

图4.16　理想抛物面镜形成的理想太阳像

式（4.33）是用R表示的，在计算过程中不是很方便。由图4.16可知，对任意一个抛物面，有x＝f-Rcosφ，y＝Rsinφ，则有并代入式（4.33）可将R消去，得到

式中：φ为位置角，即任意一点的反射光轴与镜面主光轴之间的夹角，其数值由0～φmax，φmax＝φrim，称为抛物线的边缘角。

通过上述的分析可以看出，焦距f决定了太阳成像的大小，而开口宽度B则决定入射能量的多少。焦距越长，成像越大，在相同开口尺寸的条件下，焦斑区域的能量密度越低。