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 5.2. Mô tả quan hệ (?, a, b) ? = arcsin√a+b

2a

Vì sin? < 1 nên phải có b < a và π4< ? < π2. Khi đó chiều rộng gương bằng:

f = cosγb =b√ 2a

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 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 5.5. Quan hệ (? Rh, Rt)Điều kiện để 100% phản xạ từ gương đến mặt thu là: ? = arcsin√Rh+Rt

4Rt

Khi đó Rh < 3Rt và độ tập trung bằng:

k = 1+ R  FhFt − 1 = 1 +R[1 − 2Cos2γ2− 1]

Vì π4< ? < π2 nên khi dùng gương nón cụt thì 1< k < 9. Đường sinh của nón cụt tính theo:

f = Rhcosγ−Rt = 2Rh− Rt√ Rh

3Rt−Rh

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 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 = h2 1 +tg2γ với tg? = hr

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

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  FhFt − 1 = 1 +R dHr2 − 1  = 1 +R 2r2dhCos2γ − 1 ?k= 1 +R[ 2r2h dr2 +h2 − 1] Nếu gọi t = tgγ = hr thìk= 1 +R[r d  2t 1 +t2  − 1]

Suy ra kmax = k (t = 1) =k= 1 +R dr − 1 , đạt được khi chọn r = h hay

? = 450, khi R = 1 thì kmax = dr. Khi tăng r và giảm d, độ tập trung k sẽ khá lớn.