聚光型太阳模拟器的制作方法

1.本技术涉及太阳模拟技术领域，尤其涉及一种聚光型太阳模拟器。


背景技术：

2.在相关技术中，通过聚光型太阳模拟器对太阳光照进行模拟，以为高温太阳能系统提供稳定且可控的实验环境。
3.然而，一般的聚光型太阳模拟器通过单个光源以对太阳的光照进行模拟，仅能产生较低的热流密度，无法满足高温热利用的需求，且可调性差。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种聚光型太阳模拟器。本技术所提供的聚光型太阳模拟器，以为太阳能模拟测试提供稳定且热流密度较大的光场。
5.本技术实施例第一方面提供一种聚光型太阳模拟器，包括：第一承载支架；第一辐射模块，设置于所述第一承载支架上，用于提供第一辐射光线；其中，所述第一辐射模块设有第一反射镜，所述第一反射镜用于调节所述第一辐射光线的传播方向；第二辐射模块，设置于所述第一承载支架上，用于提供第二辐射光线；其中，所述第二辐射模块设有第二反射镜，所述第二反射镜用于调节所述第二辐射光线的传播方向；第三辐射模块，设置于所述第一承载支架上，用于提供第三辐射光线；其中，所述第三辐射模块设有第三反射镜，所述第三反射镜用于调节所述第三辐射光线的传播方向；第四辐射模块，设置于所述第一承载支架上，用于提供第四辐射光线；其中，所述第四辐射模块设有第四反射镜，所述第四反射镜用于调节所述第四辐射光线的传播方向；其中，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜的中心轴相交于同一点。
6.本技术实施例中聚光型太阳模拟器包括如下技术效果：通过设置以使第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜的中心轴相交于同一点，以使得汇聚点得到较高的热流密度，从而为太阳能吸收器或反应器的工作性能测试提供稳定、高热流密度的光场。
7.进一步地，所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜位于中心轴相交点作为球心所对应的球面上。根据实际需求对所述第一反射镜的位置进行调整，以使得所述第一反射镜可处于球面上、球面内侧、球面外侧，从而调节光斑大小。其中，为聚光型太阳模拟器达到高热流密度，可使所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜均位于中心轴相交点作为球心所对应的球面上。
8.在一些实施例中，所述第一辐射模块，包括：第一氙灯，设置于所述第一反射镜的中心轴上，用于产生所述第一辐射光线；所述第二辐射模块，包括：第二氙灯，设置于所述第二反射镜的中心轴上，用于产生所述第二辐射光线；所述第三辐射模块，包括：第三氙灯，设置于所述第三反射镜的中心轴上，用于产生所述第三辐射光线；所述第四辐射模块，包括：第四氙灯，设置于所述第四反射镜的中心轴上，用于产生所述第四辐射光线。
9.在一些实施例中，所述第一辐射模块，还包括，第一支撑架，所述第一支撑架用于固定所述第一氙灯的相对位置；所述第二辐射模块，还包括，第二支撑架，所述第二支撑架用于固定所述第二氙灯的相对位置；所述第三辐射模块，还包括，第三支撑架，所述第三支撑架用于固定所述第三氙灯的相对位置；所述第四辐射模块，还包括，第四支撑架，所述第四支撑架用于固定所述第四氙灯的相对位置。
10.在一些实施例中，所述第一辐射模块，还包括：第一轴向调节件，所述第一辐射模块设置于所述第一氙灯的端部；所述第二辐射模块，还包括：第二轴向调节件，所述第二辐射模块设置于所述第二氙灯的端部；所述第三辐射模块，还包括：第三轴向调节件，所述第三辐射模块设置于所述第三氙灯的端部；所述第四辐射模块，还包括：第四轴向调节件，所述第四辐射模块设置于所述第四氙灯的端部。
11.在一些实施例中，所述聚光型太阳模拟器还包括轴向滑动平台，所述轴向滑动平台与第一辐射模块连接，用于沿所述第一辐射模块的中心轴调节所述第一辐射模块的相对位置。
12.在一些实施例中，所述第一辐射模块，包括：第一限位架，所述第一限位架中设有第一限位孔，所述第一限位孔用于固定所述第一反射镜的相对位置；
13.所述第二辐射模块，包括：第二限位架，所述第二限位架中设有第二限位孔，所述第二限位孔用于固定所述第二反射镜的相对位置；
14.所述第三辐射模块，包括：第三限位架，所述第三限位架中设有第三限位孔，所述第三限位孔用于固定所述第三反射镜的相对位置；
15.所述第四辐射模块，包括：第四限位架，所述第四限位架中设有第四限位孔，所述第四限位孔用于固定所述第四反射镜的相对位置。
16.在一些实施例中，所述聚光型太阳模拟器还包括：光源驱动控制器，所述光源驱动控制器用于控制所述第一辐射模块、所述第二辐射模块、所述第三辐射模块、所述第四辐射模块的工作功率。
17.在一些实施例中，所述聚光型太阳模拟器还包括：离心风机，用于引风，并对所述第一辐射模块、所述第二辐射模块、所述第三辐射模块、所述第四辐射模块进行散热；
18.导风管，所述导风管一端与所述导风管连接，所述导风管的另一端分别与所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜连接。
19.在一些实施例中，所述聚光型太阳模拟器包括：第二承载支架，用于承载所述离心风机或所述光源驱动控制器。
20.在一些实施例中，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜为椭球型或截断椭球型。
21.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
23.图1为本技术一实施例一种聚光型太阳模拟器的结构示意图；
24.图2为本技术一实施例一种聚光型太阳模拟器的侧视图；
25.图3为本技术又一实施例的聚光型太阳模拟器的光路示意图；
26.图4为本技术一实施例的第一辐射模块的结构示意图。
27.附图标记：100、第一辐射模块；200、第二辐射模块；300、第三辐射模块；400、第四辐射模块；110、第一轴向调节件；310、第三轴向调节件；120、第一反射镜；220、第二反射镜；320、第三反射镜；420、第四反射镜；140、第一氙灯；240、第二氙灯；340、第三氙灯；440、第四氙灯；150、轴向滑动平台；500、光源驱动控制器；610、第一承载支架；620、第二承载支架；700、离心风机；130、第一限位架；230、第二限位架；330、第三限位架；430、第四限位架；160、第一支撑架；260、第二支撑架；360、第三支撑架；460、第四支撑架。
具体实施方式
28.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
29.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.在本技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
31.本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
32.在相关技术中，通过聚光型太阳模拟器对太阳光照进行模拟，以获得与太阳光相似的稳定光场。即通过聚光型太阳模拟器提供稳定的光场，以对太阳能吸收器或反应器的工作性能进行稳定测试。
33.一般的聚光型太阳模拟器仅设有单个光源作为光场的来源，并产生稳定光场。然而，单个光源所产生的热流密度较低，无法满足高温热利用的需求且可调性差。
34.基于上述存在的技术问题之一，本技术提供一种聚光型太阳模拟器，以为太阳能模拟测试提供稳定且热流密度较大的光场。
35.请一并参照图1、图2、图3，本技术提供一种聚光型太阳模拟器，包括：第一承载支架610；第一辐射模块100，设置于第一承载支架610上，用于提供第一辐射光线；其中，第一辐射模块100设有第一反射镜120，第一反射镜120用于调节第一辐射光线的传播方向；第二辐射模块200，设置于第一承载支架610上，用于提供第二辐射光线；其中，第二辐射模块200设有第二反射镜220，第二反射镜220用于调节第二辐射光线的传播方向；第三辐射模块300，设置于第一承载支架610上，用于提供第三辐射光线；其中，第三辐射模块300设有第三
反射镜320，第三反射镜320用于调节第三辐射光线的传播方向；第四辐射模块400，设置于第一承载支架610上，用于提供第四辐射光线；其中，第四辐射模块400设有第四反射镜420，第四反射镜420用于调节第四辐射光线的传播方向；其中，第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420的中心轴相交于同一点。
36.其中，第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420为椭球型，且第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420的端部分别设有通孔。例如，与第一反射镜120对应的氙灯设于电极引线的一端固定第一反射镜120的端部，且引线经由第一反射镜120端部的通孔与控制器实现电联。
37.通过设置以使第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420的中心轴相交于同一点，以使得汇聚点得到较高的热流密度，从而为太阳能吸收器或反应器的工作性能测试提供稳定、高热流密度的光场。
38.在一些实施例中，第一辐射模块100，包括：第一氙灯140，设置于第一反射镜120的中心轴上，用于产生第一辐射光线；第二辐射模块200，包括：第二氙灯240，设置于第二反射镜220的中心轴上，用于产生第二辐射光线；第三辐射模块300，包括：第三氙灯340，设置于第三反射镜320的中心轴上，用于产生第三辐射光线；第四辐射模块400，包括：第四氙灯440，设置于第四反射镜420的中心轴上，用于产生第四辐射光线。
39.第一辐射模块100为中心辐射模块，第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420为截断椭球型。其中，截断椭球型可以理解为：对椭球的一个端部截断，并对椭球远离截断端部的另一端截断所得到的截断结构，且截断结构占比小于完整椭球结构的二分之一。
40.第一氙灯140设置于第一反射镜120的第一焦点，第一氙灯140所产生的第一辐射光线，且第一氙灯140所产生的部分第一辐射光线在第一反射镜120的内表面发生反射，并传输至第一反射镜120的第二焦点所处的焦平面。同理可得，第二氙灯240设置于第二反射镜220的第一焦点，第二氙灯240所产生的第二辐射光线，且第二氙灯240所产生的部分第二辐射光线在第二反射镜220的内表面发生反射，并传输至第二反射镜220的第二焦点所处的焦平面；第三氙灯340设置于第三反射镜320的第一焦点，第三氙灯340所产生的第三辐射光线，且第三氙灯340所产生的部分第三辐射光线在第三反射镜320的内表面发生反射，并传输至第三反射镜320的第二焦点所处的焦平面；第四氙灯440设置于第四反射镜420的第一焦点，第四氙灯440所产生的第四辐射光线，且第四氙灯440所产生的部分第四辐射光线在第四反射镜420的内表面发生反射，并传输至第四反射镜420的第二焦点所处的焦平面。
41.其中，第一氙灯140、第二氙灯240、第三氙灯340、第四氙灯440的第二焦点位于同一点，使得第二焦点附近的局部区域具有超高密度热流。通过第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420的内表面对辐射光线进行聚集，并将聚集后的辐射光线传输至第二焦点所在的区域，以对第一辐射光线、第二辐射光线、第三辐射光线、第四辐射光线进行叠加。
42.可以理解为，第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400均设置于以第二焦点为球心的球面空间上，而第一辐射模块100的中心轴经过球面空间的球心，且作为中心辐射模块的第一辐射模块100位于球面空间的内层区域内。第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400之间任意两个中心轴的所成的夹角为120
°
，而第一辐射模块
100的中心轴与第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的中心轴夹角为45
°
。可以理解地，第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的中心轴与第一辐射模块100的中心轴的夹角相同，且在本技术实施例中夹角为45
°
43.此外，第一氙灯140、第二氙灯240、第三氙灯340、第四氙灯440的最大功率为10kw，以使得聚光型太阳模拟器为测试提供高热流密度能量。而第一氙灯140、第二氙灯240、第三氙灯340、第四氙灯440满功率工作时，可得到较高的热流密度(～43mw/m2)，且聚光光斑较小。且通过第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400所产生的辐射光线将汇聚于同一位置(各个反射镜对应的第二焦点位于同一焦点中)，以达到更高的聚光比或聚光效果。
44.可以理解地，通过第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400作为聚光单元。以实现高聚光比。通过调节各个辐射模块的位置关系或者工作功率，以提供不同密度的热流或不同形状的光斑，相对于一般聚光型太阳模拟器，本技术的聚光型太阳模拟器可灵活地调节实际工作参数，满足不同需要，且可降低生产成本。
45.在一些实施例中，通过对第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420端部的通孔进行适应性调节，以避免氙灯所产生的辐射光线经由通孔与氙灯之间的间隙逸出，而导致能量损耗过大。
46.如图所示，反射镜的长度(d)为250mm，且第一焦点与第二焦点之间距离为(短焦距，2c)为710mm。
47.第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420可为采用镍基镀铝工艺，以电沉积的方式在发光杯的内表面沉积铝质的金属反射面得到。其中，金属反射面的粗糙度为2
‑
3mm，且反射率大于90％，以减少辐射损失、提高能量利用效率。
48.此外，第一氙灯140、第二氙灯240、第三氙灯340、第四氙灯440为短弧氙灯，短弧氙灯由高压驱动氙气激发形成等离子体以辐射发光，且灯管最大电流为195a。
49.在一些实施例中，第一辐射模块100，还包括，第一支撑架160，第一支撑架160用于固定第一氙灯140的相对位置；第二辐射模块200，还包括，第二支撑架260，第二支撑架260用于固定第二氙灯240的相对位置；第三辐射模块300，还包括，第三支撑架360，第三支撑架360用于固定第三氙灯340的相对位置；第四辐射模块400，还包括，第四支撑架460，第四支撑架460用于固定第四氙灯440的相对位置。通过设置对应的支撑架以固定氙灯的相对位置，避免氙灯的中心轴偏离预设位置。
50.此外，第一支撑架160、第二支撑架260、第三支撑架360为y型支撑架，且对y型支撑架裹覆有铝箔，以避免y型支撑架受到高密度热流的腐蚀。
51.在一些实施例中，第一辐射模块100，还包括：第一轴向调节件110，第一辐射模块100设置于第一氙灯140的端部；第二辐射模块200，还包括：第二轴向调节件，第二辐射模块200设置于第二氙灯240的端部；第三辐射模块300，还包括：第三轴向调节件310，第三辐射模块300设置于第三氙灯340的端部；第四辐射模块400，还包括：第四轴向调节件，第四辐射模块400设置于第四氙灯440的端部。
52.其中，第一轴向调节件110、第二轴向调节件、第三轴向调节件310为三轴调节机构，分别设置于对应辐射模块的后端部，并与对应的氙灯连接。
53.例如，第一轴向调节件110设置于第一辐射模块100的端部，并与第一氙灯140的端
部连接，用于调节第一氙灯140与第一反射镜120的相对位置；第二轴向调节件设置于第二辐射模块200的端部，并与第二氙灯240的端部连接，用于调节第二氙灯240与第二反射镜220的相对位置；第三轴向调节件310设置于第三辐射模块300的端部，并与第三氙灯340的端部连接，用于调节第三氙灯340与第三反射镜320的相对位置；第四轴向调节件设置于第四辐射模块400的端部，并与第四氙灯440的端部连接，用于调节第四氙灯440与第四反射镜420的相对位置。其中，轴向调节件的移动行程为10mm，移动精度为0.02mm。
54.通过轴向调节件调节氙灯与反射镜的相对位置，以避免工艺误差、氙灯发光不稳定等因素造成氙灯发光的最亮点与反射镜的第一焦点f1不重合，并降低安装调试的难度、便于检修。
55.此外，第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400所产生的辐射光线经由对应的反射镜反射后直接传播至第二焦点所在平面，即通过减少光线传播过程的反射次数，以减少能量损耗，并提高聚光比。
56.请参照图4，在一些实施例中，聚光型太阳模拟器还包括：轴向滑动平台150，轴向滑动平台150与第一辐射模块100连接，用于沿第一辐射模块100的中心轴调节第一辐射模块100的相对位置。
57.第一辐射模块100(辐射模块)设有轴向滑动平台150，以沿第一辐射模块100的中心轴调节第一辐射模块100的位置，从而调节第二焦点f2处焦平面光斑的大小。其中光斑直径调节范围在60
‑
200mm，移动滑块移动精度1mm。
58.第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400为偏心辐射模块，且偏心辐射模块的支撑底柱为固定柱。相对于可调节底柱，通过一次性加工形成的固定柱，以避免调节精度降低或外部因素(如振动、重力作用)而造成的误差。
59.在一些实施例中，第一辐射模块100，包括：第一限位架130，第一限位架130中设有第一限位孔，第一限位孔用于固定第一反射镜120的相对位置；第二辐射模块200，包括：第二限位架230，第二限位架230中设有第二限位孔，第二限位孔用于固定第二反射镜220的相对位置；第三辐射模块300，包括：第三限位架330，第三限位架330中设有第三限位孔，第三限位孔用于固定第三反射镜320的相对位置；第四辐射模块400，包括：第四限位架430，第四限位架430中设有第四限位孔，第四限位孔用于固定第四反射镜420的相对位置。
60.在一些实施例中，聚光型太阳模拟器，还包括：光源驱动控制器500，光源驱动控制器500用于控制第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的工作功率。光源驱动控制器500通过控制第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的电流、电压，以改变输出功率，从而实现对氙灯工作状态以及热流密度的控制。光源驱动控制器500包括四个光源驱动子控制器，每一个光源驱动子控制器分别控制一个辐射模块的工作功率，以避免辐射模块之间的工作状态或工作功率受影响。
61.一般的光源模拟器仅设有单个光源，故每次只能一个光源的进行启停调节，对辐射的热流密度调节范围有限，且辐射入射方向为固定方向。本技术根据预设位置关系以对第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400进行设置，使得总辐射热流为每一个辐射模块产生的辐射热流(辐射光线)的叠加。根据实际需要对第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的启停或工作功率进行
调节，以提高聚光型太阳模拟器的可调性或可控性，并满足对热流密度的不同需求。
62.在一些实施例中，聚光型太阳模拟器，还包括：离心风机700，用于引风，并对第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400进行散热；导风管，导风管一端与导风管连接，导风管的另一端分别与第一反射镜120、第二反射镜220、第三反射镜320、第四反射镜420连接。
63.由于聚光型太阳模拟器工作过程中，每一个辐射模块(第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400)的实际温度较高。因此，通过离心风机700产生大于20m/s的风速，以加快辐射模块边缘区域的空气流动，从而对辐射模块进行散热降温。
64.进一步地，通过离心风机700对工作状态下的辐射模块进行散热降温，以避免氙灯产生的热量损坏氙灯和位于发光杯内表面的反射层。
65.此外，通过控制第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的工作状态(开启或关闭)，以及光源驱动控制器500的输出功率，从而对第二焦点处的热流密度大小进行调控。
66.在一些实施例中，聚光型太阳模拟器包括：第二承载支架620，用于承载离心风机700、光源驱动控制器500。
67.可以理解地，通过设置独立的第一承载支架610、第二承载支架620，以避免离心风机700、光源驱动控制器500工作所产生的振动传导至第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400，从而保证第一氙灯140、第二氙灯240、第三氙灯340、第四氙灯440的位置不会发生偏移。
68.在一些实施例中，通过在第一承载支架610的底部与螺孔，并通过螺栓、螺孔固定第一承载支架610与地面的相对位置。通过将地面作为固定参照物以固定第一承载支架610的相对位置，从而避免在长时间放置的过程中，第一承载支架610因受到外力而导致各个部件的相对位置发生改变，并减少聚光型太阳模拟器的精度损失。
69.此外，将第一辐射模块100、第二辐射模块200、第三辐射模块300、第四辐射模块400的辐射流汇集于同一点，以实现极高的热流密度，相对于一般的聚光型太阳模拟器，通过多个同类的辐射模块进行高精密阵列式组合，即可提高更高的热流密度，以降低设备的总成本。其中，第二承载支架620为双层结构，下层用于承载光源驱动控制器500，上层用于承载离心风机700，从而减少整体的占地面积。
70.本技术提供一种聚光型太阳模拟系统，包括上述任一实施例中的聚光型太阳模拟器。
71.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。