[論文レビュー] Parabolic-Dish Solar Concentrators of Film on Foam

Sean A. Barton, Ian L. Winger|ArXiv.org|Mar 9, 2009

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、尿素フォームに接着されたアルミ蒸着PETフィルムを用いて、パラボリック・ディッシュ型太陽光集光器を構築する新規で軽量な手法を提案する。空気圧を用いてフィルムを成形し、硬化したフォームで固定することで、f番号0.68で光学的角広がりが0.25°未塔に抑えられ、完璧な球面よりも3.3倍優れた性能を示し、大規模な太陽光集光応用に適した高い形状精度と構造的剛性を実現した。

ABSTRACT

Parabolic and spherical mirrors are constructed of aluminized PET polyester film on urethane foam. During construction, the chosen shape of the mirror is created by manipulating the elastic/plastic behavior of the film with air pressure. Foam is then applied to the film and, once hardened, air pressure is removed. At an f-number of 0.68, preliminary models have an optical angular spread of less than 0.25 degrees, a factor of 3.3 smaller than that for a perfectly spherical mirror. The possibility exists for creating large-lightweight mirrors with excellent shape and stiffness. These "film-on-foam" construction techniques may also be applicable to parabolic-trough solar concentrators but do not appear to be suitable for optical imaging applications because of irregularities in the film.

研究の動機と目的

• 太陽光集積に適した大規模なパラボリック・ディッシュ型太陽光集光器を、低コストで軽量に製造する方法の開発。
• 最小限の材料で、高い光学的精度と構造的剛性を持つ太陽光集光器を実現すること。
• 空気圧下でのアルミ蒸着フィルムの弾性・塑性変形を活用して、正確な放物線形状を形成できるかの検討。
• 得られたミラーの光学的性能を、理想の球面ミラーと比較して評価すること。
• フィルム-フォーム技術がパラボリック・トラウ・集光器に適しているか、その限界を特定すること。

提案手法

• アルミ蒸着PETポリエステルフィルムを、その弾性および塑性挙動を利用した制御された空気圧を用いて放物線形状に成形する。
• フィルムを圧力下に保ったまま、その裏面に尿素フォームを塗布して所定の形状を固定する。
• フォームが硬化した後、空気圧を解放し、永久的に放物線形状を固定する。
• 反射光の角広がりを測定することで光学的品質を評価し、特にf番号0.68における性能に注目する。
• 幾何学的および材料的適合性に基づいて、この手法がパラボリック・トラウ・集光器への応用可能性を評価する。
• フィルム表面の不規則性を分析し、高精度光学像形成応用における限界を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 尿素フォームに接着されたアルミ蒸着PETフィルムは、太陽光集光に十分な光学的精度を持つ放物線形状を実現できるか？
• RQ2 f番号0.68におけるフィルム-フォーム集光器の光学的角広がりはどの程度か？
• RQ3 この性能は、完璧な球面ミラーと比較してどのように異なるか？
• RQ4 この手法は、パラボリック・トラウ・太陽光集光器にどの程度適応可能か？
• RQ5 なぜフィルム-フォーム手法は光学像形成応用に不適切なのか？

主な発見

• フィルム-フォーム集光器は、f番号0.68で光学的角広がりが0.25度未塔を達成した。
• この性能は、角広がりがより大きい完璧な球面ミラーの3.3倍優れていた。
• この手法により、優れた形状精度と構造的剛性を備えた大規模で軽量なミラーが実現できる。
• 幾何学的適合性の観点から、この手法はパラボリック・トラウ・太陽光集光器への応用可能性を示している。
• アルミ蒸着フィルム表面の不規則性が、高精度光学像形成応用におけるこの手法の適用性を制限している。
• 空気圧下でのフィルムの弾性および塑性変形を効果的に活用し、安定的かつ高精度な放物線形状を形成できた。