CPC学习笔记－初稿
CPC学习笔记－初稿
转载，作者：shogun@www.opticsky.cn，E-mail：charmingglass008@163.com
§1.1什么是CPC（Compound Parabolic Concetrator） ^@P1 JNe
CPC全名为复合抛物面聚光器。CPC及其多种变型广泛应用于太阳能系统中。CPC将光能量采集到焦平面，焦平面的吸收体吸收光能并转化为可储存的热能、电能等。 VxP&j0M>
d]9U^iy
§1.2抛物线方程（Parabolic Function） u66XN^
(E,T#uc{
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AM=z`0so
如图1.1，抛物线的极坐标方程为： oYWR')8 g
ρ=2f/(1+cosθ （1.1） l & Dxg
则抛物面的半口径R为： MX>[^}n
R=ρsinθ （1.2） fs/*V~@
对于一束平行光，经理想抛物面反射后总能汇集到焦点。若将光源置于焦点位置，根据光路可逆性，从抛物面出来的是比较完美的平行光。抛物面的这个特性使它被广泛应用在各种照明系统中。 Ym;*Y !~[
R_=6G ZH$G
仔细分析，我们可以发现： .`?@%{
AC+CF=BD+DF （1.3） ">?vir^
A、B为平行光束与平行光束垂直面m的交点。 OtFh,}E
事实上，抛物线即是从平行光出发点到焦点光程相等点的轨迹的集合。后文的string method将用到这一概念。 r'gOVi4t1*
在图1.1中，假设f=8mm，θ=135°，则R＝ρsinθ=38.6mm。 yCCrK@{oo
§1.3边缘光线原理（Edge-Ray Principle） KZPEG!-5
对聚光器经常采用边缘光线法进行分析。边缘光线即是以最大入射角入射于聚光器边缘，并被反射器反射一次后出射在接收器（吸收面）边缘的光线。 EJ2yO@5 O
§1.3.1聚光比（Concentration Ratio） ! VjFW5'{
对于一个聚光器，我们定义聚光比为： hlt[\LP=$
C＝Aentry/Aexit （1.4） QY== GfHt
Aentry为入射光束的截面积，Aexit 为出射光束的截面积；C越大，聚光效果越好。读者可以自行计算图1.2中聚光器的C值。（见式1.5） ToYAW,Um+u
事实上，由式（1.5）可知，减少接收角也就增大了集光率C： 1uyY|v$FM
C=1/sinθmax （1.5） n\Lb.}]1~
p l&Muv
下面我们对旋转前后的参数进行一些计算。 9WR6!.y#f
+j4"!:N}B
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2J;kSh1,L
`F>O;>i''
如图1.4，简单地，可以得到： a.zpp' cEb
% Ijj=wW
R=2fl/(1-cosΦ （1.6） .?hP7;hhI
r=Rsin(Φ-θmax)-a’ （1.7） k{Aj^O3gD
z=Rcos(Φ-θmax) （1.8） pLzk
fl=a’(1+sinθmax) （1.9） r#B+(X7LM
`kJ^zw+
在tracepro中，根据需要，Axis tilt可任意选择，只要保证开口口径（entry aperture）不为0即可。对于规范的聚光器（textbook concentrator），Axis tilt即为接收角θmax。Lateral focal shift，顾名思义就是焦点（focal point）在Lateral方向（图1.5的Y方向）上的移动量（shift）。若Lateral focal shift=0，焦点未发生移动，仍在焦平面与中心轴的交点。对于规范的聚光器（textbook concentrator），Lateral focal shift即为a'，即保证满足边缘光线原理。 L;f!.FX#
,9o"43D:a|
5EfS^MRf\n
M )2`+/4
§1.5tracepro中CPC的建立与模拟 [ n$BRk|
见图1.5，未经旋转的CPC即为conical parabolic。图1.5中front length可由图1.1中得到，front length= |ρcosθ|=R=38.6mm。此CPC的出光面（exit aperture）为焦平面，所以back length为0。 % V ;?
?n ZY)
旋转后的CPC如图1.6： 9amaL~m
F;
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x" L20}
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e!=kWc
$H9% J
若θ>θmax，光束将被系统反射出去。如图1.9： n4#;k=mA
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[ 此贴被shogun在2007-04-23 16:45重新编辑 ]
转载，作者：shogun@www.opticsky.cn，E-mail：charmingglass008@163.com
§1.1什么是CPC（Compound Parabolic Concetrator） ^@P1 JNe
CPC全名为复合抛物面聚光器。CPC及其多种变型广泛应用于太阳能系统中。CPC将光能量采集到焦平面，焦平面的吸收体吸收光能并转化为可储存的热能、电能等。 VxP&j0M>
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§1.2抛物线方程（Parabolic Function） u66XN^
(E,T#uc{
如图1.1，抛物线的极坐标方程为： oYWR')8 g
ρ=2f/(1+cosθ （1.1） l & Dxg
则抛物面的半口径R为： MX>[^}n
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对于一束平行光，经理想抛物面反射后总能汇集到焦点。若将光源置于焦点位置，根据光路可逆性，从抛物面出来的是比较完美的平行光。抛物面的这个特性使它被广泛应用在各种照明系统中。 Ym;*Y !~[
R_=6G ZH$G
仔细分析，我们可以发现： .`?@%{
AC+CF=BD+DF （1.3） ">?vir^
A、B为平行光束与平行光束垂直面m的交点。 OtFh,}E
事实上，抛物线即是从平行光出发点到焦点光程相等点的轨迹的集合。后文的string method将用到这一概念。 r'gOVi4t1*
在图1.1中，假设f=8mm，θ=135°，则R＝ρsinθ=38.6mm。 yCCrK@{oo
§1.3边缘光线原理（Edge-Ray Principle） KZPEG!-5
对聚光器经常采用边缘光线法进行分析。边缘光线即是以最大入射角入射于聚光器边缘，并被反射器反射一次后出射在接收器（吸收面）边缘的光线。 EJ2yO@5 O
§1.3.1聚光比（Concentration Ratio） ! VjFW5'{
对于一个聚光器，我们定义聚光比为： hlt[\LP=$
C＝Aentry/Aexit （1.4） QY== GfHt
Aentry为入射光束的截面积，Aexit 为出射光束的截面积；C越大，聚光效果越好。读者可以自行计算图1.2中聚光器的C值。（见式1.5） ToYAW,Um+u
事实上，由式（1.5）可知，减少接收角也就增大了集光率C： 1uyY|v$FM
C=1/sinθmax （1.5） n\Lb.}]1~
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下面我们对旋转前后的参数进行一些计算。 9WR6!.y#f
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如图1.4，简单地，可以得到： a.zpp' cEb
% Ijj=wW
R=2fl/(1-cosΦ （1.6） .?hP7;hhI
r=Rsin(Φ-θmax)-a’ （1.7） k{Aj^O3gD
z=Rcos(Φ-θmax) （1.8） pLzk
fl=a’(1+sinθmax) （1.9） r#B+(X7LM
`kJ^zw+
在tracepro中，根据需要，Axis tilt可任意选择，只要保证开口口径（entry aperture）不为0即可。对于规范的聚光器（textbook concentrator），Axis tilt即为接收角θmax。Lateral focal shift，顾名思义就是焦点（focal point）在Lateral方向（图1.5的Y方向）上的移动量（shift）。若Lateral focal shift=0，焦点未发生移动，仍在焦平面与中心轴的交点。对于规范的聚光器（textbook concentrator），Lateral focal shift即为a'，即保证满足边缘光线原理。 L;f!.FX#
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§1.5tracepro中CPC的建立与模拟 [ n$BRk|
见图1.5，未经旋转的CPC即为conical parabolic。图1.5中front length可由图1.1中得到，front length= |ρcosθ|=R=38.6mm。此CPC的出光面（exit aperture）为焦平面，所以back length为0。 % V ;?
旋转后的CPC如图1.6： 9amaL~m
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若θ>θmax，光束将被系统反射出去。如图1.9： n4#;k=mA
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