Skip to content Skip to navigation Skip to collection information

OpenStax-CNX

You are here: Home » Content » Năng lượng mặt trời- Lý thuyết và Ứng dụng » Các loại gương phản xạ

Navigation

Lenses

What is a lens?

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

This content is ...

Affiliated with (What does "Affiliated with" mean?)

This content is either by members of the organizations listed or about topics related to the organizations listed. Click each link to see a list of all content affiliated with the organization.
  • VOCW

    This module and collection are included inLens: Vietnam OpenCourseWare's Lens
    By: Vietnam OpenCourseWare

    Click the "VOCW" link to see all content affiliated with them.

Recently Viewed

This feature requires Javascript to be enabled.
 

Các loại gương phản xạ

Module by: PGS. TS. Nguyễn Bốn. E-mail the author

Summary: Giới thiệu các loại gương phản xạ

CÁC LOẠI GƯƠNG PHẢN XẠ

Để tập trung năng lượng bức xạ chiếu tới mặt thu Ft, nhằm nâng cao nhiệt độ của Ft và môi chất tiếp xúc nó, người ta dùng thêm các gương phản xạ.

Gương phản xạ là các bề mặt nhẵn bóng, coi là vật đục D = 0, có hệ số hấp thụ A bé, và hệ số phản xạ R = (1-A) lớn. Gương phản xạ có thể có dạng phẳng, côn, nón, parabol trụ hoặc parabol tròn xoay. Gương phản xạ thường được chế tạo bằng mặt kim loại bóng như inox, nhôm, tôn đánh bóng, hoặc kính hay plastic có tráng bạc.

Đặc trưng của một gương phản xạ bao gồm:

- Các thông số hình học và kết cấu.

- Độ phản xạ R, điều kiện đê mặt thu có thể hứng toàn bộ phản xạ từ gương.

- Độ tập trung năng lượng bức xạ (kí hiệu là k).

Độ tập trung năng lượng bức xạ k :

-Định nghĩa: Độ tập trung năng lượng bức xạ k của một hệ gương phản xạ và mặt thu, là tỉ số của cường độ bức xạ tới mặt thu Ft trên cường độ bức xạ tới mặt hứng nắng: k = EtEEtE size 12{ { {E rSub { size 8{t} } } over {E} } } {}

Hình 1
Hình 1 (graphics1.wmf)
Hình 5.1 Hệ gương và mặt thuCường độ bức xạ tới mặt hứng nắng E thường là cường độ bức xạ tới mặt đất nơi đặt thiết bị, tức là cường độ bức xạ lúc trời nắng bình thường, chưa có gương phản xạ.

-Lập công thức tính k: cho một hệ gồm mặt thu Ft đặt vuông góc với tia nắng, xung quanh có gương phản xạ với hệ số phản xạ R, D = 0 và mặt hứng nắng diện tích Fh, mặt Fh thường cũng vuông góc với tia nắng (hình 5.1). Giả thiết các gương đặt sao cho toàn bộ các tia phản xạ từ gương được chiếu hết lên mặt thu Ft. Khi đó, công suất bức xạ chiếu đến Ft là:

Qt = E. Ft + E.( Fh - Ft).R

=E.(1 - R). Ft + E.R.Fh

Cường độ bức xạ đến Ft là:

Et = Qt/Ft = E.(1 - R) + E.R. Fh/ Ft

Do đó, k = Et/E = 1 - R + R. Fh/ Ft = 1 + R.( Fh/ Ft - 1). Nếu coi R  1 thì k  Fh/Ft.

Gương phẳng

Xét gương phẳng BC có hệ số phản xạ R, đặt nghiêng góc  so với mặt thu AB. Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng i1 = i2 , có thể tìm được điều kiện để toàn bộ phản xạ từ gương BC chiếu hết lên mặt AB đặt vuông góc với tia nắng là:

Hình 2
Hình 2 (.wmf)
Hình 5.2. Mô tả quan hệ (, a, b)  = arcsin a+b2aa+b2a size 12{ sqrt { { {a`+`b} over {2a} } } } {}

Vì sin < 1 nên phải có b < a và π4π4 size 12{ { {π} over {4} } } {}<  < π2π2 size 12{ { {π} over {2} } } {}.

Khi đó chiều rộng gương bằng:

f = bcosγ=b2aabbcosγ=b2aab size 12{ { {b} over {"cos"γ} } ``=```b sqrt { { {2a} over {a` - `b} } } } {}

Và độ tập trung năng lượng k = 1 + R.(b/a). Do đó, nếu dùng một gương phẳng thì 1<k<2, nếu dùng bốn gương phẳng cùng phản xạ lên một mặt thu hình vuông thì có 1<k<5.

Hình 5.3, 5.4 giới thiệu sơ đồ 1 nhà máy điện mặt trời, trong đó dùng hệ thống gương phẳng, được điều khiển bằng máy tính, tập trung năng lượng vào một lò hơi đặt trên cao, trong 1 lồng kính, để cấp hơi cho 1 turbine phát điện.

Hình 3
Hình 3 (.wmf)
Hình 5.3. Sơ đồ nhà máy điện mặt trời dùng hệ gương phản xạ.

Hình 4
Hình 4 (graphics2.jpg)

Hình 5.4. Nhà máy điện mặt trời dùng hệ gương phản xạ.

Gương nón

Gương nón cụt

Gương nón cụt thường dùng để phản xạ lên mặt thu phẳng đặt tại đáy nón, luôn được quay để vuông góc với tia nắng.

Hình 5
Hình 5 (.wmf)
Hình 5.5. Quan hệ ( Rh, Rt)Điều kiện để 100% phản xạ từ gương đến mặt thu là:

 = arcsin Rh+Rt4RtRh+Rt4Rt size 12{ sqrt { { {R rSub { size 8{h} } `+`R rSub { size 8{t} } } over {4R rSub { size 8{t} } } } } } {}

Khi đó Rh < 3Rt và độ tập trung bằng:

k = 1+ R FhFt1=1+R12Cos21FhFt1=1+R12Cos21 size 12{ left ( { {F rSub { size 8{h} } } over {F rSub { size 8{t} } } } ` - `1` right )`=`1`+`R` left [ left (1` - `2 ital "Cos"2γ right ) rSup { size 8{2} } ` - `1 right ]} {}

π4π4 size 12{ { {π} over {4} } } {}<  < π2π2 size 12{ { {π} over {2} } } {} nên khi dùng gương nón cụt thì 1< k < 9. Đường sinh của nón cụt tính theo:

f = RhRtcosγ=2RhRtRh3RtRhRhRtcosγ=2RhRtRh3RtRh size 12{ { {R rSub { size 8{h} } - R rSub { size 8{t} } } over {"cos"γ} } =2 left (R rSub { size 8{h} } - R rSub { size 8{t} } right ) sqrt { { {R rSub { size 8{h} } } over {3R rSub { size 8{t} } - R rSub { size 8{h} } } } } } {}

với Rh< 3Rt.

Gương nón

Gương nón được dùng để phản xạ lên mặt thu hình ống trụ đặt tại trục nón. Tùy theo góc đỉnh nón nhỏ hơn, bằng hoặc lớn hơn 450, chiều cao H của ống thu bức xạ hình trụ có thể nhỏ hơn, bằng hoặc lớn hơn chiều cao h của nón, như mô tả trên hình 5.6.

Hình 6
Hình 6 (.wmf)
Hình 5.6. Gương nón với mặt thu hình ống trụ

Chiều cao H thích hợp của ống thu, cho phép nhận toàn bộ phản xạ từ gương nón có chiều cao h, góc đỉnh  là: H = h21+tg2γh21+tg2γ size 12{ { {h} over {2} } left (1`+` ital "tg" rSup { size 8{2} } γ right )} {} với tg = rhrh size 12{ { {r} over {h} } } {}

Nếu chọn gương nón cao h, bán kính r, thì chiều cao mặt thu hình trụ là:

H = 1 2h h 2 + r 2 H = 1 2h h 2 + r 2 size 12{H`=` { {1} over {2h} } ` left (h rSup { size 8{2} } `+`r rSup { size 8{2} } right )} {}

Khi r < h tức là  < 450 thì H < h

Khi r = h tức là  = 450 thì H = h

Khi r > h tức là  > 450 thì H > h

Độ tập trung năng lượng của gương nón là:

k = 1+ R FhFt1=1+Rr2dH1=1+R2r2dhCos2γ1FhFt1=1+Rr2dH1=1+R2r2dhCos2γ1 size 12{ left ( { {F rSub { size 8{h} } } over {F rSub { size 8{t} } } } ` - `1` right )`=`1`+`R left ( { {r rSup { size 8{2} } } over { ital "dH"} } ` - `1 right )`=`1`+`R left ( { {2r rSup { size 8{2} } } over { ital "dh"} } ital "Cos" rSup { size 8{2} } γ` - `1 right )} {}

k=1+R2r2hdr2+h21k=1+R2r2hdr2+h21 size 12{k`=`1`+`R left [ { {2r rSup { size 8{2} } h} over {d left (r rSup { size 8{2} } `+`h rSup { size 8{2} } right )} } ` - `1 right ]} {}

Nếu gọi t = tg γ=rhγ=rh size 12{γ`=` { {r} over {h} } } {} thì k=1+Rrd2t1+t21k=1+Rrd2t1+t21 size 12{k`=`1`+`R left [ { {r} over {d} } left ( { {2t} over {1`+`t rSup { size 8{2} } } } right )` - `1 right ]} {}

Suy ra kmax = k (t = 1) = k=1+Rrd1k=1+Rrd1 size 12{k`=`1`+`R left ( { {r} over {d} } `` - ``1 right )} {} , đạt được khi chọn r = h hay

 = 450, khi R = 1 thì kmax = rdrd size 12{ { {r} over {d} } } {}. Khi tăng r và giảm d, độ tập trung k sẽ khá lớn.

Gương Parabol

Gương Paraol tròn xoay

Xét gương parabol tròn xoay do đường parabol y = x24fx24f size 12{ { {x rSup { size 8{2} } } over {4f} } } {} quay quanh trục y tạo ra.

Hình 7
Hình 7 (.wmf)
Hình 5.7. Anh của mặt trời qua gương parabol

Khi quay trục gương theo hướng tia nắng, thì tại gần tiêu điểm F ta thu được ảnh của mặt trời, là một đĩa sáng tròn có đường kính d được xác định theo hệ phương trình:

với D = 1,4.109m là đường kính MT, b = 1,5.1011m khoảng cách gương tới MT và f là tiêu cự gương, p khoảng cách ảnh tới gương. {dD=pb1b+1p=1f{dD=pb1b+1p=1f size 12{ left lbrace matrix { { {d} over {D} } `=`~ { {p} over {b} } {} ## { {1} over {b} } `+` { {1} over {p} } `=` { {1} over {f} } } right none } {}

Giải hệ trên tìm được d và p sẽ được:

d=Dfbf=dbf=0,0093f=102fd=Dfbf=dbf=0,0093f=102f size 12{d`=` { { ital "Df"} over {b` - `f} } =` { {d} over {b} } `f`=`0,"0093"f`=`"10" rSup { size 8{ - 2} } f} {}.

p=bbffp=bbff size 12{p`=` { {b} over {b` - `f} } f} {}, tức ảnh MT đặt tại tiêu điểm F, có đường kính d = 10-2f. Do đó mặt thu cần đặt tại tiêu điểm của gương, có đường kính d  10-2f.

Nếu mặt thu hình cầu đường kính d, gương parabol có bán kính r, thì hệ số tập trung là:

k=1+Rrd21k=1+Rrd21 size 12{k`=`1`+`R left [ left ( { {r} over {d} } right ) rSup { size 8{2} } ` - `1 right ]} {}  kmax = k(R=1) = rd2rd2 size 12{ left ( { {r} over {d} } right ) rSup { size 8{2} } } {}.

Khi tăng r và giảm d đến 10-2f, thì k sẽ rất lớn tùy ý. Ví dụ: chọn Fh = 1m2 hay r=1πr=1π size 12{r`=` { {1} over { sqrt {π} } } } {}m, f = 0,2m, R = 1thì d = 0,002m và k = rd2rd2 size 12{ left ( { {r} over {d} } right ) rSup { size 8{2} } } {}= 79577; khi chọn tiêu cự f = 0,1m có k = 318310 lần.

Hình 8
Hình 8 (.wmf)
Hình 5.8. Gương parabol trụ

Gương parabol trụ

Xét gương parabol trụ rộng 2r, dài L tập trung phản xạ vào mặt thu hình ống trụ đường kính d đặt tại tiêu điểm, thì độ tập trung là:

k = 1+R2rπd11+R2rπd1 size 12{1`+`R left ( { {2r} over {πd} } ` - `1 right )} {}

 kmax = k(R = 1, d = 10-2f) = 2rπd=200rπf2rπd=200rπf size 12{ { {2r} over {πd} } `=` { {"200"r} over {πf} } } {}.

Nếu chọn r = 0,5m và f = 0,2m thì kmax =159lần.

Loại gương này dễ chế tạo, bằng cách uốn tấm tôn phẳng theo đường parabol y = x24fx24f size 12{ { {x rSup { size 8{2} } } over {4f} } } {} .

Hình 9
Hình 9 (.wmf)
Hình 5.9. Để tính s

Để có 1 mặt parabol trụ y = x24fx24f size 12{ { {x rSup { size 8{2} } } over {4f} } } {} có tiêu cự f, độ rộng r, cần uốn 1 tấm tôn có độ dài s tính theo công thức sau:

Do: ds = dx2+dy2=dx.1+dydx2dx2+dy2=dx.1+dydx2 size 12{ sqrt { ital "dx" rSup { size 8{2} } `+` ital "dy" rSup { size 8{2} } } `=` ital "dx" "." sqrt {1`+` left ( { { ital "dy"} over { ital "dx"} } right ) rSup { size 8{2} } } } {}

 s = 20r1+dydx2dx20r1+dydx2dx size 12{2 Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{r} } { sqrt {1`+` left ( { { ital "dy"} over { ital "dx"} } right ) rSup { size 8{2} } } ``` ital "dx"} `} {}= 20r1+2x4f2dx20r1+2x4f2dx size 12{2 Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{r} } {} sqrt {1`+` left ( { {2x} over {4f} } right ) rSup { size 8{2} } ``} ``` ital "dx"} {}

= 1f0rx2+4f2dx1f0rx2+4f2dx size 12{ { {1} over {f} } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{r} } { sqrt {x rSup { size 8{2} } `+`4f rSup { size 8{2} } } } ``` ital "dx"} {}

Vậy s = rr2f2+1+2flnr2f+r2f2+1rr2f2+1+2flnr2f+r2f2+1 size 12{r sqrt {`` left ( { {r} over {2f} } right ) rSup { size 8{2} } `+`1} `+`2f"ln" left [ { {r} over {2f} } `+` sqrt {`` left ( { {r} over {2f} } right ) rSup { size 8{2} } `+`1} right ]} {}

Ví dụ: để có parabol trụ với r = 0,5m, f = 0,2m cần tấm tôn dài s = 1219,43mm.

Hình 10
Hình 10 (graphics3.jpg)

Hình 5.10. Hệ thống nhiệt năng lượng mặt trời dùng gương phản xạ.

Collection Navigation

Content actions

Download:

Collection as:

EPUB (?)

What is an EPUB file?

EPUB is an electronic book format that can be read on a variety of mobile devices.

Downloading to a reading device

For detailed instructions on how to download this content's EPUB to your specific device, click the "(?)" link.

| More downloads ...

Module as:

PDF | More downloads ...

Add:

Collection to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks

Module to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks