郭明焕博士:太阳能定日镜几何误差定日镜的一般方位

2013年8月12日至14日，由中国可再生能源学会、中国工程热物理学会及科技部高新技术发展及产业化司联合主办，中国科学院电工研究所、国家太阳能光热产业技术创新战略联盟承办，国际太阳能热发电和热化学组织、海南省可再生能源协会、首航节能光热技术股份有限公司和皇明太阳能股份有限公司协办的“第七届太阳能热发电技术三亚国际论坛”在海南省三亚市隆重召开。本届论坛部分代表的发言内容和观点总结如下： 主要介绍了带几何误差定日镜的一般方位-俯仰跟踪公式及其性质。定日镜的4种典型双轴跟踪方式是，固定轴指向目标位置的自旋-俯仰跟踪、固定轴竖直向上的方位-俯仰跟踪、固定轴水平放置的俯仰-倾斜跟踪，以及极轴式跟踪。自旋-俯仰跟踪适合于与纠像差的非球面结合，提高平均聚光性能，跟踪结构的成本较高，不适合大规模应用。方位-俯仰跟踪是应用最为广泛的定日镜双轴跟踪方式。俯仰-倾斜双轴跟踪方式，有利于布置较为紧密的定日镜场，提高地面利用率，澳大利亚国家太阳能研究中心的两个塔式系统，采用的就是俯仰-倾斜双轴跟踪方式。极轴式跟踪只适用于单个定日镜应用，不适合用于塔式电站的定日镜场。

方位-俯仰跟踪定日镜的典型几何误差有镜面偏心距，立柱倾斜的方位角和偏角，两个旋转轴的非正交偏角，镜面平面相对俯仰轴的不平行偏角，两个旋转轴的零位误差（角度），即1个距离误差参数和6个角度误差参数。

报告首先针对定日镜的镜面偏心距，给出了精确的入射角修正因子，解析表达式可通过求解4次代数方程组得到。为了计算的简洁和方便，又给出了高精度近似解，其精度与理论解几乎无差异，进而给出了定日镜镜面中心准确法向量的表达式。在把镜面中心定义为定日镜旋转中心（2个旋转轴的交点）在镜面平面上的垂直投影的前提下，镜面中心的法向总与旋转中心到镜面中心的连线共线，与具体的双轴跟踪方式无关。

有了镜面中心的准确法向，再经过对应于6个角度误差参数的一系列坐标旋转变换，就可以导出含镜面偏心距和其他典型几何误差参数定日镜的一般方位-俯仰跟踪角度公式。报告中，给出了经过整理和简化后的完整方位-俯仰跟踪角度公式，只涉及若干步简单的数学计算。

报告还介绍了该一般方位-俯仰跟踪角度公式的一些重要的参数性质。最后，报告人还列举了国际同行对相关工作的认可评价。(供稿：国家太阳能光热产业技术创新战略联盟)