固定焦点式聚光反射镜研究的新进展——陈应天教授的数字化太阳跟踪和聚光理论张迎胜（自由撰稿人，新疆乌鲁木齐830011）摘要：介绍了固定焦点式聚光反射镜在长期研究发展历程中所取得的进步和存在的不足，着重探讨了近年来由陈应天教授所提出的数字化太阳跟踪和聚光理论在克服这些不足方面所起的重要作用。关键词：固定焦点；聚光；反射镜；太阳；跟踪；自旋；仰角中国分类号：TK513文献标识码：AThelatestprogressofresearchforthefocusingreflectorwithfixedfocalpoint—Chen′sdigitaltheoryofsolartrackingandfocusingZHANGYing-sheng(Wulumuqi830011,Xinjiang,China)Abstract::Itwasintroducedthatfocusingreflectorwithfixedfocalpointhadachievedimprovementsandstillexistedsomeshortcomingsintheresearchinganddevelopingcoursewhichwastakenlongperiodoftime.Theimportantaffectofdigitaltheoryofsolartrackingandfocusing,wasinventedrecentlybyProfessorChen,atsolvingtheshortcomingswasapproached.Keywords:fixedfocalpoint;focusing;reflector;sun;tracking;spinning;elevation;0引言在太阳能利用领域，旋转抛物面反射镜一直是会聚太阳光最有效的装置，但是它的焦点是随着反射镜一起运动的，这就使接受器的尺寸和质量都受到限制，尺寸大了会遮挡反射镜，质量重了又会增加支撑杆的负荷；同时，接受器处于运动状态也不利于能量的导出和保温（或散热）的设计。为了解决这个问题，人们一直在努力发明一种焦点位置固定不动，仅通过反射镜的跟踪运动就能会聚太阳光的聚光器，并且提出了各种不同思路的设计方案，有的方案已开发出产品并且成功地推广应用。随着计算机技术的迅速发展，我们已经进入了数字化时代。对信息的数字化处理，一般来说要经过采样——压缩和编码——解码和解压缩这样一个流程。如果能够把这样的数字化流程用于固定焦点式聚光反射镜的设计和研究，肯定会有助于这个经典难题的解决。中国科学技术大学特聘教授陈应天提出的数字化跟踪和聚光理论正是基于这种思路。陈氏理论的核心内容主要包括自旋＋仰角跟踪方式和行＋列驱动从镜聚光的模式，其中尤以他所提出的驱动Ｍ＊Ｎ个从镜的有效方法更能体现出数字化的优越性。本文在综述固定焦点式聚光反射镜研究的历史进程基础上，探讨陈氏理论在这方面所起的重要作用。限于篇幅，本文对陈氏理论不作过多的介绍，讨论问题基本上是建立在读者已作者简介：张迎胜，男，１９４９年生，副研究员。研究方向：太阳能聚光器。１９８１年提出用于固定焦点聚光器跟踪聚光的双向可变曲率半径反射镜理论。Email:kjtzzyyy@xj.cninfo.net经看过参考文献[2]，对陈氏理论有所了解的前提下。欲详细了解其内容，请阅读参考文献[8]——[15]。1固定焦点式聚光反射镜研究历史的回顾最早有文献记载的固定焦点式聚光反射镜的设计是前苏联的温贝尔（В.Б.Вейнберг）在上世纪三十年代所完成的。图１是全苏水力工程与卫生工程研究所在1936年建成的蓄热式太阳能淡化蒸馏器，反射镜面积为32m2，是根据温贝尔的计算图1温贝尔所设计的固定焦点式聚光反射镜图2具有彗星形象差的光斑照片和方案制成的。此种反射镜是从抛物面的侧面截切下来的部分，只有当主光轴对准太阳时，阳光才能在焦点处准确聚焦，在其它时刻阳光并不能在焦点处准确聚焦，而是形成慧星形象差。为了收集不同太阳位置时镜面反射的所有阳光，接受器应具有最大光斑的尺寸。通常是采取折衷的方法，适当减小接受器的尺寸，但这时要损失一部分能量，这种损失可以通过增加保温层厚度减少热损失来弥补。图２是在太阳接近地平线时所拍摄，可见由于反射镜的慧形象差而增大的光斑。图３给出了按照太阳高度角为37°时能接受到全部反射阳光而在其它太阳高度角时损失一部分阳光的原则所设计的接受器在每年几个典型日期所收集到的太阳辐射流变化的计算曲线图，它们分别代表冬季（1月21日和11月21日）、两分日（3月21日和9月21日）、图３接受器所收集的太阳辐射流的计算值变化曲线图夏季（5月21日和7月21日）中涂黑的部分相当于未射入接受器孔径的阳光。温贝尔设计的这种固定焦点、固...