本發(fā)明涉及一種用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的聚光系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著精密機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，以及新生3D打印技術(shù)的到來，使得先進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加高效靈活，由于自由曲面相對傳統(tǒng)方式具有更高的設(shè)計(jì)自由度和靈活的空間布局，使得光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到簡化，使其具有結(jié)構(gòu)緊湊、高利用率和節(jié)能等優(yōu)勢。和傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)不同，自由面型光路系統(tǒng)不具有某個(gè)特定的面型方程，不能利用方程公式對其進(jìn)行定義，自由曲面往往是由諸多的空間點(diǎn)構(gòu)成，之后由非均勻有理B樣條(NURBS)曲線或其它方式進(jìn)行連接重構(gòu)最終獲得空間面形。該技術(shù)在太陽能領(lǐng)域上應(yīng)用很少，仍有待開發(fā)。傳統(tǒng)太陽能碟式聚集系統(tǒng)獲取的高斯能流分布，其特點(diǎn)是越靠近中心位置處能流值越高，靠外側(cè)能流明顯降低。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證密封和安全性，太陽能吸熱腔體的入口面積有限，很多時(shí)候不能接收全部光斑的能量，因此會對其進(jìn)行截取，舍去外側(cè)的聚集光斑能量，造成了資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是要解決目前傳統(tǒng)太陽能碟式聚集系統(tǒng)的吸熱腔體的入口面積有限，不能接收全部光斑的能量，會對其進(jìn)行截取，造成了資源的浪費(fèi)的技術(shù)問題，而提供一種用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的自由面二次反射聚光系統(tǒng)。本發(fā)明的用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的自由面二次反射聚光系統(tǒng)采用自由面型卡塞格林反射聚集系統(tǒng)，由一次鏡、二次鏡和接收器組成；一次鏡、二次鏡和接收器均是軸對稱結(jié)構(gòu)，且一次鏡、二次鏡和接收器三者同軸；一次鏡和二次鏡通過支架連接，一次鏡的凹面面向二次鏡，接收器固定在支架上，支架設(shè)置在一次鏡、二次鏡和接收器三者的軸線上；接收器是由吸熱器和聚光光伏電池板和法蘭組成，法蘭安裝在吸熱器的光學(xué)窗口端，聚光光伏電池板安裝在法蘭的外側(cè)，吸熱器的光學(xué)窗口面向二次鏡；吸熱器是圓柱形，聚光光伏電池板是空心圓環(huán)；一次鏡采用傳統(tǒng)的太陽能碟式拋物面反射鏡，二次鏡是一個(gè)自由曲面形態(tài)的反射鏡面，二次鏡的自由曲面的確定方式如下：一、起始和目標(biāo)點(diǎn)的離散：確定一次鏡和接收器的尺寸，計(jì)算公式如下：w(Rmax2-Rmin2)/CG＝(rmax2-rmin2)(1)，w是聚光光伏子系統(tǒng)的占有比，CG是聚光光伏子系統(tǒng)的幾何聚光比，Rmax是一次鏡的外圈半徑，Rmin是一次鏡的內(nèi)圈半徑，rmax是接收器中聚光光伏電池板的外圈半徑，rmin是接收器中的聚光光伏電池板的內(nèi)圈半徑，Rmin≥rmax，其中五個(gè)是已知量，即可求出第六個(gè)量，確定了一次鏡和接收器的尺寸；建立三維直角坐標(biāo)系(x，y，z)，原點(diǎn)O是支架與一次鏡的交點(diǎn)，z軸是沿著支架由原點(diǎn)指向二次鏡方向的軸線，y軸是平行于接收器中聚光光伏電池板的半徑且由原點(diǎn)指向聚光光伏電池板方向的軸線，x軸是經(jīng)過原點(diǎn)O且與z軸和y軸所在平面垂直的軸線，只取z軸和y軸為正數(shù)的區(qū)域計(jì)算；在一次鏡上取n個(gè)點(diǎn)Pi,j-1，n是正整數(shù)，所有相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值的差值相等，i為n個(gè)點(diǎn)的序號，i是正整數(shù)，1號為一次鏡上y軸坐標(biāo)值等于Rmax的點(diǎn)，n號為一次鏡上y軸坐標(biāo)值等于Rmin的點(diǎn)，序號i沿著1號向n號逐步增加，yi,j-1是這n個(gè)點(diǎn)中在y軸的坐標(biāo)值，計(jì)算公式如下：yi,j-1＝y(tǒng)1,j-1-(i-1)×(y1,j-1-yn,j-1)/n(2)；點(diǎn)Pi,j-1的z軸坐標(biāo)采用公式z＝y(tǒng)2/4f計(jì)算，f是一次鏡的焦距；確定一次鏡上的分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1，計(jì)算其y軸坐標(biāo)值yk，j-1，計(jì)算公式如下：如果在一次鏡上取的n個(gè)點(diǎn)Pi,j-1不包含分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1，則在一次鏡上的n個(gè)點(diǎn)中找一個(gè)y軸坐標(biāo)值與yk,j-1最接近的點(diǎn)Pi,j-1作為分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1；在接收器上取m個(gè)點(diǎn)Pi,j+1，m是正整數(shù)且m＝n，所有相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值的差值相等，i為m個(gè)點(diǎn)的序號，i是正整數(shù)，1號為接收器上y軸坐標(biāo)值等于rmax的點(diǎn)，序號i沿著1號向m號逐步增加，yi,j+1是這m個(gè)點(diǎn)中在y軸的坐標(biāo)值，yk,j+1是分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1經(jīng)二次鏡反射后在接收器上的點(diǎn)Pk,j+1在y軸的坐標(biāo)值，yk,j+1等于rmin，其余的m-1個(gè)點(diǎn)的yi,j+1計(jì)算公式如下：二、二次鏡自由曲面離散點(diǎn)的求解：設(shè)定Pi,j為太陽光照射到一次鏡上的點(diǎn)Pi,j-1反射到二次鏡上對應(yīng)的點(diǎn)，θi為Pi,j對應(yīng)的反射半角，θi的計(jì)算方式如下：和分別代表向量和向量的單位向量；為點(diǎn)Pi,j的法向矢量，由下式獲得：矩陣Rot(x,θi)為：點(diǎn)P1,j的坐標(biāo)為已知量，其法向向量也可據(jù)此求出，法向矢量的反向延長線為向量相鄰兩個(gè)法向矢量和對應(yīng)的反向延長線向量和向量的交點(diǎn)為Ci-1，令向量即下式：ti-1和ti分別為向量和向量的輻角，ti即點(diǎn)Pi,j到點(diǎn)Ci的長度，ti-1即點(diǎn)Pi-1,j到點(diǎn)Ci-1的長度；Pi,j由下式表示：λi為向量的模；將公式(5)(7)(9)代入(6)中，得出與參數(shù)λi的單值函數(shù)，代入公式(8)中，以ti-1和ti為未知數(shù)，得到函數(shù)：點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)為：把公式(10)代入(11)中得出點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)，再將點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)和公式(9)代入公式(12)，即可求得λi的值，將λi的值代入公式(9)，即可求得Pi,j的坐標(biāo)；三、繪制二次鏡曲面：將Pi,j的坐標(biāo)采用非均勻有理B樣條曲線連接重構(gòu)獲得二次鏡自由曲線，用制圖軟件的三維構(gòu)建功能繪制二次鏡自由曲線、一次鏡和接收器，將曲線環(huán)繞z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得三維自由曲面。本發(fā)明的接收器在支架上的具體位置根據(jù)實(shí)際需要可以自行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)接收器的位置變化會使得二次鏡的自由曲面重新求解。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1、總能量利用率和轉(zhuǎn)換效率高本發(fā)明采用的偏斜光線矢量傳輸原理可根據(jù)能流接收面的具體情況獲得最適合的能流分布，吸熱器將獲取一次鏡反射的峰值能流最高的一部分能量，聚光光伏電池板接收其余部分的能量，并借二次自由面鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)獲得均勻化的能流分布，電池板和吸熱器的連接法蘭盤將獲取最少的能量，該系統(tǒng)使得盡量多的能量得到有效轉(zhuǎn)化；2、制造加工成本低本發(fā)明的一次鏡采用傳統(tǒng)碟式聚集器，這樣只需據(jù)此加工設(shè)計(jì)面積更小的二次鏡即可，節(jié)省了加工制造成本；3、安全和可靠性強(qiáng)聚光光伏系統(tǒng)往往是太陽能熱/電聯(lián)合利用模式，尤其是高倍聚光情況下最為薄弱、最容易損壞的環(huán)節(jié)，本方法實(shí)現(xiàn)了聚光光伏系統(tǒng)的均勻化能流分布，大幅提高了系統(tǒng)的安全和可靠性；4、設(shè)計(jì)自由度高基于本發(fā)明提出的偏斜光線矢量傳輸設(shè)計(jì)方法，能夠根據(jù)用戶的特定需求，如適應(yīng)任意接收面位置、分光比率、聚光能流大小和均勻性等要素獲取適應(yīng)性結(jié)構(gòu)化參數(shù)，保證系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)最佳，設(shè)計(jì)自由度極高。本方法是基于普遍意義上的入射光線，而非傳統(tǒng)的方式(必須平行于光軸入射的光線矢量)進(jìn)行求解，該方法利用基本的矢量關(guān)系，即鏡反射定律和法矢量矩陣推導(dǎo)關(guān)系式進(jìn)行求解，具備很好的普適性，能夠適應(yīng)任意接收面位置、分光比率、聚光能流大小和均勻性等諸多參數(shù)需求。附圖說明圖1是具體實(shí)施方式二中用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的自由面二次反射聚光系統(tǒng)的示意圖，1是一次鏡，2是二次鏡，4是吸熱器，3是聚光光伏電池板；圖2是具體實(shí)施方式二中接收器的仰視圖，4是吸熱器，3是聚光光伏電池板；圖3是具體實(shí)施方式二中用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的自由面二次反射聚光系統(tǒng)的光學(xué)原理圖，1是一次鏡，2是二次鏡，4是吸熱器，3是聚光光伏電池板；圖4是具體實(shí)施方式二中二次鏡的光學(xué)原理圖，2是二次鏡；圖5是試驗(yàn)二的光線傳輸路徑圖，2是二次鏡；圖6是試驗(yàn)三的光線傳輸路徑圖，2是二次鏡；圖7是試驗(yàn)一中接收器聚集能流分布云圖，3是聚光光伏電池板，4是吸熱器，6是吸熱器的圓心。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式為一種用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的自由面二次反射聚光系統(tǒng)，采用自由面型卡塞格林反射聚集系統(tǒng)，由一次鏡1、二次鏡2和接收器組成；一次鏡1、二次鏡2和接收器均是軸對稱結(jié)構(gòu)，且一次鏡1、二次鏡2和接收器三者同軸；一次鏡1和二次鏡2通過支架5連接，一次鏡1的凹面面向二次鏡2，接收器固定在支架5上，支架5設(shè)置在一次鏡1、二次鏡2和接收器三者的軸線上；接收器是由吸熱器4和聚光光伏電池板3和法蘭組成，法蘭安裝在吸熱器4的光學(xué)窗口端，聚光光伏電池板3安裝在法蘭的外側(cè)，吸熱器4的光學(xué)窗口面向二次鏡2；吸熱器4是圓柱形，聚光光伏電池板3是空心圓環(huán)；一次鏡采用傳統(tǒng)的太陽能碟式拋物面反射鏡，二次鏡是一個(gè)自由曲面形態(tài)的反射鏡面，二次鏡的自由曲面的確定方式如下：一、起始和目標(biāo)點(diǎn)的離散：確定一次鏡和接收器的尺寸，計(jì)算公式如下：w(Rmax2-Rmin2)/CG＝(rmax2-rmin2)(1)，w是聚光光伏子系統(tǒng)的占有比，CG是聚光光伏子系統(tǒng)的幾何聚光比，Rmax是一次鏡的外圈半徑，Rmin是一次鏡的內(nèi)圈半徑，rmax是接收器中聚光光伏電池板的外圈半徑，rmin是接收器中的聚光光伏電池板的內(nèi)圈半徑，Rmin≥rmax，其中五個(gè)是已知量，即可求出第六個(gè)量，確定了一次鏡和接收器的尺寸；建立三維直角坐標(biāo)系(x，y，z)，原點(diǎn)O是支架與一次鏡的交點(diǎn)，z軸是沿著支架由原點(diǎn)指向二次鏡方向的軸線，y軸是平行于接收器中聚光光伏電池板的半徑且由原點(diǎn)指向聚光光伏電池板方向的軸線，x軸是經(jīng)過原點(diǎn)O且與z軸和y軸所在平面垂直的軸線，只取z軸和y軸為正數(shù)的區(qū)域計(jì)算；在一次鏡上取n個(gè)點(diǎn)Pi,j-1，n是正整數(shù)，所有相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值的差值相等，i為n個(gè)點(diǎn)的序號，i是正整數(shù)，1號為一次鏡上y軸坐標(biāo)值等于Rmax的點(diǎn)，n號為一次鏡上y軸坐標(biāo)值等于Rmin的點(diǎn)，序號i沿著1號向n號逐步增加，yi,j-1是這n個(gè)點(diǎn)中在y軸的坐標(biāo)值，計(jì)算公式如下：yi,j-1＝y(tǒng)1,j-1-(i-1)×(y1,j-1-yn,j-1)/n(2)；點(diǎn)Pi,j-1的z軸坐標(biāo)采用公式z＝y(tǒng)2/4f計(jì)算，f是一次鏡的焦距；確定一次鏡上的分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1，計(jì)算其y軸坐標(biāo)值yk，j-1，計(jì)算公式如下：如果在一次鏡上取的n個(gè)點(diǎn)Pi,j-1不包含分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1，則在一次鏡上的n個(gè)點(diǎn)中找一個(gè)y軸坐標(biāo)值與yk,j-1最接近的點(diǎn)Pi,j-1作為分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1；在接收器上取m個(gè)點(diǎn)Pi,j+1，m是正整數(shù)且m＝n，所有相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值的差值相等，i為m個(gè)點(diǎn)的序號，i是正整數(shù)，1號為接收器上y軸坐標(biāo)值等于rmax的點(diǎn)，序號i沿著1號向m號逐步增加，yi,j+1是這m個(gè)點(diǎn)中在y軸的坐標(biāo)值，yk,j+1是分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1經(jīng)二次鏡反射后在接收器上的點(diǎn)Pk,j+1在y軸的坐標(biāo)值，yk,j+1等于rmin，其余的m-1個(gè)點(diǎn)的yi,j+1計(jì)算公式如下：二、二次鏡自由曲面離散點(diǎn)的求解：設(shè)定Pi,j為太陽光照射到一次鏡上的點(diǎn)Pi,j-1反射到二次鏡上對應(yīng)的點(diǎn)，θi為Pi,j對應(yīng)的反射半角，θi的計(jì)算方式如下：和分別代表向量和向量的單位向量；為點(diǎn)Pi,j的法向矢量，由下式獲得：矩陣Rot(x,θi)為：點(diǎn)P1,j的坐標(biāo)為已知量，其法向向量也可據(jù)此求出，法向矢量的反向延長線為向量相鄰兩個(gè)法向矢量和對應(yīng)的反向延長線向量和向量的交點(diǎn)為Ci-1，令向量即下式：ti-1和ti分別為向量和向量的輻角，ti即點(diǎn)Pi,j到點(diǎn)Ci的長度，ti-1即點(diǎn)Pi-1,j到點(diǎn)Ci-1的長度；Pi,j由下式表示：λi為向量的模；將公式(5)(7)(9)代入(6)中，得出與參數(shù)λi的單值函數(shù)，代入公式(8)中，以ti-1和ti為未知數(shù)，得到函數(shù)：點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)為：把公式(10)代入(11)中得出點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)，再將點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)和公式(9)代入公式(12)，即可求得λi的值，將λi的值代入公式(9)，即可求得Pi,j的坐標(biāo)；三、繪制二次鏡曲面：將Pi,j的坐標(biāo)采用非均勻有理B樣條曲線連接重構(gòu)獲得二次鏡自由曲線，用制圖軟件的三維構(gòu)建功能繪制二次鏡自由曲線、一次鏡和接收器，將曲線環(huán)繞z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得三維自由曲面。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：所述的接收器安裝在支架5上與一次鏡1的交點(diǎn)處。其他與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二的不同點(diǎn)是：所述的接收器安裝在支架5上與一次鏡1距離為支架5長度的1/4處。其他與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三的不同點(diǎn)是：：所述的接收器安裝在支架5上與一次鏡1距離為支架5長度的1/3處。其他與具體實(shí)施方式一至三相同。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四的不同點(diǎn)是：：所述的接收器安裝在支支架5上與一次鏡1距離為支架5長度的1/2處。其他與具體實(shí)施方式一至四相同。通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：試驗(yàn)一：本試驗(yàn)為用于太陽能熱/電高效轉(zhuǎn)換的自由面二次反射聚光系統(tǒng)，采用自由面型卡塞格林反射聚集系統(tǒng)，由一次鏡1、二次鏡2和接收器組成；一次鏡1、二次鏡2和接收器均是軸對稱結(jié)構(gòu)，且一次鏡1、二次鏡2和接收器三者同軸；一次鏡1和二次鏡2通過支架5連接，一次鏡1的凹面面向二次鏡2，接收器固定在支架5上，支架5設(shè)置在一次鏡1、二次鏡2和接收器三者的軸線上；接收器是由吸熱器4和聚光光伏電池板3和法蘭組成，法蘭安裝在吸熱器4的光學(xué)窗口端，聚光光伏電池板3安裝在法蘭的外側(cè)，吸熱器4的光學(xué)窗口面向二次鏡2；吸熱器4是圓柱形，聚光光伏電池板3是空心圓環(huán)；一次鏡采用傳統(tǒng)的太陽能碟式拋物面反射鏡，二次鏡是一個(gè)自由曲面形態(tài)的反射鏡面，二次鏡的自由曲面的確定方式如下：一、起始和目標(biāo)點(diǎn)的離散：確定一次鏡和接收器的尺寸，計(jì)算公式如下：w(Rmax2-Rmin2)/CG＝(rmax2-rmin2)(1)，w是聚光光伏子系統(tǒng)的占優(yōu)比，CG是聚光光伏子系統(tǒng)的幾何聚光比，Rmax是一次鏡的外圈半徑，Rmin是一次鏡的內(nèi)圈半徑，rmax是接收器中聚光光伏電池板的外圈半徑，rmin是接收器中的聚光光伏電池板的內(nèi)圈半徑，Rmin≥rmax，其中五個(gè)是已知量，即可求出第六個(gè)量，確定了一次鏡和接收器的尺寸；建立三維直角坐標(biāo)系(x，y，z)，原點(diǎn)O是支架與一次鏡的交點(diǎn)，z軸是沿著支架由原點(diǎn)指向二次鏡方向的軸線，y軸是平行于接收器中聚光光伏電池板的半徑且由原點(diǎn)指向聚光光伏電池板方向的軸線，x軸是經(jīng)過原點(diǎn)O且與z軸和y軸所在平面垂直的軸線，只取z軸和y軸為正數(shù)的區(qū)域計(jì)算；在一次鏡上取100個(gè)點(diǎn)Pi,j-1，n是正整數(shù)，所有相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值的差值相等，i為n個(gè)點(diǎn)的序號，i是正整數(shù)，1號為一次鏡上y軸坐標(biāo)值等于Rmax的點(diǎn)，n號為一次鏡上y軸坐標(biāo)值等于Rmin的點(diǎn)，序號i沿著1號向n號逐步增加，yi,j-1是這n個(gè)點(diǎn)中在y軸的坐標(biāo)值，計(jì)算公式如下：yi,j-1＝y(tǒng)1,j-1-(i-1)×(y1,j-1-yn,j-1)/n(2)；點(diǎn)Pi,j-1的z軸坐標(biāo)采用公式z＝y(tǒng)2/4f計(jì)算，f是一次鏡的焦距；確定一次鏡上的分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1，計(jì)算其y軸坐標(biāo)值yk，j-1，計(jì)算公式如下：在一次鏡上取的100個(gè)點(diǎn)Pi,j-1不包含分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1，在一次鏡上的100個(gè)點(diǎn)中找一個(gè)y軸坐標(biāo)值與yk,j-1最接近的點(diǎn)P50,j-1作為分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1；在接收器上取100個(gè)點(diǎn)Pi,j+1，所有相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值的差值相等，i為100個(gè)點(diǎn)的序號，i是正整數(shù)，1號為接收器上y軸坐標(biāo)值等于rmax的點(diǎn)，序號i沿著1號向100號逐步增加，yi,j+1是這100個(gè)點(diǎn)中在y軸的坐標(biāo)值，yk,j+1是分光節(jié)點(diǎn)Pk,j-1經(jīng)二次鏡反射后在接收器上的點(diǎn)Pk,j+1在y軸的坐標(biāo)值，yk,j+1等于rmin，其余的99個(gè)點(diǎn)的yi,j+1計(jì)算公式如下：二、二次鏡自由曲面離散點(diǎn)的求解：設(shè)定Pi,j為太陽光照射到一次鏡上的點(diǎn)Pi,j-1反射到二次鏡上對應(yīng)的點(diǎn)，θi為Pi,j對應(yīng)的反射半角，θi的計(jì)算方式如下：和分別代表向量和向量的單位向量；為點(diǎn)Pi,j的法向矢量，由下式獲得：矩陣Rot(x,θi)為：點(diǎn)P1,j的坐標(biāo)為已知量，其法向向量也可據(jù)此求出，法向矢量的反向延長線為向量相鄰兩個(gè)法向矢量和對應(yīng)的反向延長線向量和向量的交點(diǎn)為Ci-1，令向量即下式：ti-1和ti分別為向量和向量的輻角，ti即點(diǎn)Pi,j到點(diǎn)Ci的長度，ti-1即點(diǎn)Pi-1,j到點(diǎn)Ci-1的長度；Pi,j由下式表示：λi為向量的模；將公式(5)(7)(9)代入(6)中，得出與參數(shù)λi的單值函數(shù)，代入公式(8)中，以ti-1和ti為未知數(shù)，得到函數(shù)：點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)為：把公式(10)代入(11)中得出點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)，再將點(diǎn)Ci-1的坐標(biāo)和公式(9)代入公式(12)，即可求得λi的值，將λi的值代入公式(9)，即可求得Pi,j的坐標(biāo)；表1是試驗(yàn)一中一次鏡、二次鏡和接收器的相關(guān)參數(shù)，表1通過公式1得出聚光光伏電池板的外圈半徑rmax為0.5m。通過上述的公式最終求得二次鏡上100個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)見表2：表2三、繪制二次鏡曲面：將Pi,j的坐標(biāo)采用非均勻有理B樣條曲線連接重構(gòu)獲得二次鏡自由曲線，用制圖軟件的三維構(gòu)建功能繪制二次鏡自由曲線、一次鏡和接收器，將曲線環(huán)繞z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得三維自由曲面。試驗(yàn)二：本試驗(yàn)與試驗(yàn)一的區(qū)別是聚光光伏子系統(tǒng)的幾何聚光比為60suns，其它已知量都一樣。試驗(yàn)三：本試驗(yàn)與試驗(yàn)二的區(qū)別是接收器距離一次鏡3m，其它已知量都一樣。圖5是試驗(yàn)二的光線傳輸路徑圖，2是二次鏡，圖6是試驗(yàn)三的光線傳輸路徑圖，2是二次鏡，從圖中可以看出二次鏡自由曲面的凹-凸性主要取決于接收器的高度，經(jīng)過二次鏡自由曲面反射后，聚集光線被分為兩個(gè)部分，一部分被聚集在中心一點(diǎn)作為高溫?zé)徂D(zhuǎn)換用，另一部分被均勻分布在接收器四周用于聚光光伏轉(zhuǎn)換，隨著接收器高度的增加，二次鏡自由面鏡逐漸由下凸轉(zhuǎn)為上凹。另外，由于聚光光伏電池板的尺寸固定，隨著接收器高度的增加，使得分光過渡區(qū)域變得更加明顯。圖7是試驗(yàn)一中接收器聚集能流分布云圖，3是聚光光伏電池板，4是吸熱器，6是吸熱器的圓心，淺色部分是能流較強(qiáng)的區(qū)域，黑色是能流較弱的區(qū)域，從圖中可以看出所有的光線矢量分布都和設(shè)定目標(biāo)矢量相重合，即中心聚集能流匯聚在吸熱器的原點(diǎn)，聚光光伏電池板獲得能流分布則完全均勻。由于所有吸熱器目標(biāo)接收矢量都將準(zhǔn)確匯聚于圓點(diǎn)，使其中心能流峰值很高。由于二次自由鏡面在過渡區(qū)域的法矢量存在偏差，即使對于點(diǎn)光源，接收面上的分光過渡區(qū)仍會接收一部分光線，但這部分的損失不大、可以忽略不計(jì)。