簡介
定日鏡(Heliostat)是一種將太陽或其他星體的光反射到固定方向的光學儀器,也叫“定星鏡”,其原理是利用一片平面鏡,裝設在赤道儀中,此平面鏡在赤緯方向也能移動。
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,設定一個輔助平面鏡,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
定日鏡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。定日鏡基礎穩定,所需驅動力小,抗風性能好,並且選用常規材料製造,加工製造工藝簡便,因此造價大幅降低。
特點
優點
與定天鏡相比,定日鏡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。
缺點
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。
作用
定日鏡的作用與定天鏡類似,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。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。
套用事例
“東方一號”的塔式太陽能發電站
中國國內首座太陽能發電站的核心部位,有32面定日鏡,每一面鏡子都有足足20平方米,定日鏡旁33米的高塔頂端,有一個圓形的大孔。32面鏡子反射的陽光統統被吸收過來,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。
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。陽光被反射到靶心,由集熱裝置聚少成多,加熱空氣,發電。
挪威小鎮反射陽光
挪威的工業小鎮尤坎(Rjukan)因為地處深山峽谷,每年的九月份到來年的三月份都照射不到陽光。當地人於是用三面巨鏡放在山上捕捉陽光,並利用鏡面反射原理將陽光反射到小鎮的廣場上,就這樣小鎮又得以重見天日。小鎮議會投資500萬挪威克朗(約合人民幣511萬元)在高出小鎮450米的峽谷最高處,用直升機放置定日鏡來反射陽光。這些定日鏡都由電腦控制,自動調整鏡面追蹤太陽,尋找最合適的角度以確保小鎮廣場沉浸在陽光浴里。太陽能電池板裝置還能確保該設備清洗鏡面。