定日鏡

將太陽光線反射到固定方向的裝置

定日鏡(heliostat)指將太陽或其他天體的光線反射到固定方向的光學裝置,又稱定星鏡。作用與定天鏡類似,但採用一塊平面鏡置於赤道式裝置中,可作赤緯方向的移動。

工作原理


定日鏡
定日鏡
當鏡面以周日運動的速度作跟蹤運動時,太陽光或星光被反射到極軸方向,然後直接或經輔助平面鏡反射入固定的望遠鏡。與定天鏡相比,它的主要優點是不用導軌,結構簡單緊湊。光線入射角在跟蹤過程中變化很小,一天以內儀器偏振近於常數,有利於太陽表面磁場橫向分量的測量。主要缺點是反射天區(即視場)以周日速度旋轉,觀測有視面天體時,需補償這種視場旋轉。此外,由於冬季太陽光入射角較大,因此對鏡面精度的要求比定天鏡更高。美國基特峰天文台的太陽塔,採用的口徑二米的定日鏡,是世界上最大的。它還用於觀測恆星和行星的光譜。
當平面鏡對準東方出現的星體(太陽)時,可經赤道儀追蹤,使星光(太陽光)能穩定的經平面鏡反射到極軸方向,然後在極軸方向處,設置一個輔助平面鏡,再把光線反射(導入)到固定式的望遠中,如此光線可經望遠鏡成像,即可做為觀測星體(太陽)的儀器。如果把望遠鏡裝設在室內,就可在室內直接做星光(太陽光)的研究分析。中央氣象局用直徑20公分平面鏡的定日鏡進行太陽黑子觀測,效果很好。

裝置設計


定日鏡裝置為一種定向投射太陽光的平面鏡裝置,屬於太陽能應用技術領域。該裝置包括至少兩片平面鏡,以及平面鏡的方位角調整機構和高度角調整機構,所述方位角調整機構包括底架、固定於底架兩側的立架以及與底架銜接的驅動機構,所述高度角調整機構包括至少一根平行於平面鏡的橫向轉軸,所述平面鏡相互平行地安裝在立體的平行連桿機構框架上,所述框架通過所述橫向轉軸支撐於方位角調整機構的立架上。此外,所述方位角調整機構的底架裝有至少三個支撐於地面的滾輪,並通過垂直鉸鏈副與固定於地面的構件銜接。本實用新型的裝置結構簡單,基礎穩定,所需驅動力小,抗風性能好,並且選用常規材料製造即可,加工製造工藝簡便,因此造價大幅降低。

作用


定日鏡高塔的“吸星大法”在這塊足球場大的場地上,最讓人好奇的就是擺在地面上的32面大鏡子。發電站的工作人員告訴記者,這些大鏡子稱為“定日鏡”,每一面鏡子
定日鏡
定日鏡
都有足足20平方米,經過工作人員的允許,記者乘著電梯緩慢來到高塔的25米平台上俯看,32面鏡子的反光讓人有些刺眼,也讓這個看似有些荒蕪的場地瞬間變得如舞台般炫美華麗。“定日鏡”就像32棵“向日葵”,每時每刻跟蹤太陽,貪婪地吸收著陽光。定日鏡旁33米的高塔頂端,有一個圓形的大孔。發電站的工作人員告訴記者,這個大孔就像金庸《笑傲江湖》中任我行的“吸星大法”,32面鏡子反射的陽光統統被吸收過來,遠遠地看去就像天空中掛著“第二個太陽”。陽光傳遞到鐵塔上的集熱器,聚集在一起的光的熱量有800~1000度,在這樣的高溫下空氣推動發電機轉動,實行光電轉換。高塔的平台上裝著幾個攝像頭時刻監控著塔上的動向。記者看到,32面定日鏡全部用自動化控制,每一面鏡子下面穿梭著密集的電路。專家告訴記者,每天要根據太陽的位置,通過計算機調控定日鏡的角度才能使所有的定日鏡將陽光反射到接收器上,達到“吸星大法”的效果。原來,這就是國內首座太陽能發電站的核心部位,這些定日鏡猶如向日葵,分分秒秒迎著太陽。陽光被反射到靶心,由集熱裝置聚少成多,加熱空氣,發電。