小型定日鏡控制系統的研究*

李 杰 ，劉二林 ，魏曉文 ，李瑞彪 ，黃恩培

（蘭州交通大學機電工程學院，甘肅 蘭州 730070）

太陽能因具有普遍性、清潔性等特點，具有很大的開發潛力[1-2]。在我國，太陽能資源豐富，但在對太陽能的利用中存在間歇性、光照強度不足等問題，使得對太陽能的利用率很低[3-4]?；诖?，項目組設計了一種開環控制的小型定日鏡系統，定日鏡系統可通過調節反射鏡面的水平角度與俯仰角度，將鏡面所反射出的光線能夠定向地照射在集熱塔的上面，實現對太陽能的收集與利用[5]。該設計不僅可以應用在類似于集熱塔的熱量收集方面，同時也可以應用在比如暗室照明、光線的感應等很多需要自動反射太陽光的場所中，對降低化石能源的使用量、減少二氧化碳排放有著積極的促進作用[6]。

1 定日鏡中太陽位置與鏡面反射角度的計算

1.1 太陽位置的計算

根據球面三角形公式解天文三角形可得太陽高度角和方位角計算公式如下所示[7]。太陽赤緯角δ為：

式中，φ代表當地的緯度，δ為赤緯角的數值，ω為時角的數值。

由以上公式可得到太陽的高度角H和方位角A。

1.2 鏡面反射角度的計算

確定好太陽位置后，再結合向量的運算方法，建立如圖1 所示的數學模型，進而得到一組太陽入射光線的向量和反射光線的向量。根據入射角與反射角的位置關系，結合計算得到的入射光線的向量和反射光線的向量，計算出法線向量，按照法線向量就可以對鏡面姿態進行相應的角度調整[8]。……