專利名稱：多段圓弧聚光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能利用聚光裝置，特別是一種線性聚焦反射式聚光裝 置，屬于太陽能聚光技術領域。
背景技術：
太陽能作為一種清潔、無污染的可再生能源，其開發(fā)和利用被認為世界能源 戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能的利用主要包含太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電兩 大類。太陽能熱利用中，為了得到高溫蒸汽、電能等必須采用聚光技術。太陽能 光伏技術中，通過聚光技術來減少在一個系統(tǒng)中使用的光伏電池的面積，進而降 低成本，同時達到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。因而大批科研工作者對太陽能利用中的 聚光原理進行了探索和研究，根據(jù)光學原理的不同，主要分為折射式聚光器和反 射式聚光器；按照聚光的形式分為點聚焦聚光器和線性聚焦聚光器。
對于太陽能聚光光伏系統(tǒng)，常用的菲涅爾透鏡是一種點聚焦折射式聚光器， 它可以實現(xiàn)高倍聚光，但它仍存在不少問題采光口面積難以做大；由于透射率 的限制而光學效率難以提高；聚合物材料的穩(wěn)定性和可靠性差；成本較高；具有 多結(jié)電池敏感的色散性能等。合適的反射式聚光方案可以避免這些問題，目前采 用的反射式聚光器主要是大型拋物面聚光器，但它的缺點是拋物面反射鏡制造難 度大、成本較高、反射鏡容易破碎、防風性能差等，使得其優(yōu)勢難以體現(xiàn)。為了 解決拋物面反射鏡加工難度大、成本高的問題，國內(nèi)寧鐸等人研制出一種用多折 面代替拋物面的槽式光伏聚光器，但在實際應用時，幾十塊的玻璃條使得安裝調(diào) 焦、安裝精度、抗風性能等問題較為嚴重，從而迫使其幾何聚光比設計的較小。
對于太陽能聚光熱利用系統(tǒng)，主要有槽式太陽能熱利用系統(tǒng)(線性聚焦)、 塔式太陽能熱利用系統(tǒng)(點聚焦)和碟式太陽能熱利用系統(tǒng)(點聚焦)。槽式太 陽能熱利用技術是其中最為成熟的技術。常規(guī)槽式太陽能熱利用系統(tǒng)的聚光集熱 器一般采用拋物面聚光鏡將光線反射聚焦到集熱管上，加熱管內(nèi)工質(zhì)。這種聚光 集熱器大面積的拋物面制作困難，成本較高，對跟蹤精度要求較高。也有人采用 了低成本的圓弧反射聚光鏡，但其具有近軸光線成焦的特性使得聚光裝置的相對
3高度很高，且聚光帶過寬。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有聚光技術所存在的缺陷，提出一 種新型的線性聚焦反射式聚光裝置。在支撐機構(gòu)上安裝有反射鏡和接收器，反射 鏡用多段圓弧構(gòu)成，代替現(xiàn)有的拋物面、圓弧面、折平面等反射鏡。
技術方案采用多段圓弧代替拋物面以降低加工成本并增加設計的自由度。 多段圓弧反射鏡沿聚光裝置剖面的中心軸對稱分布，設計圓弧的位置使得經(jīng)過每 段圓弧的反射光盡可能的集中在集熱管的圓心或完全覆蓋整個光伏電池。對稱軸 每邊的圓弧鏡面的段數(shù)為2-3塊。各段圓弧之間根據(jù)實際情況可以不連接。跟蹤 裝置使得光線沿裝置中心軸方向進入采光口內(nèi)，經(jīng)多段圓弧反射鏡反射，較為均 勻的分布在光伏電池板上或較為集中的照射到集熱管的圓心。
該聚光器包括接收器、多段圓弧反射鏡、支撐架；接收器位于多段圓弧反射
鏡的上方并在所形成的焦線處，支撐架位于多段圓弧反射鏡的下面并用來固定， 并從中間的縫隙處伸出支撐桿來支撐接收器。
接收器為圓管狀的集熱管或為平板狀的光伏電池組件，多段圓弧反射鏡是由 多片反射鏡組成的槽型結(jié)構(gòu)反射鏡。
多段圓弧反射鏡反射鏡的每片圓弧反射鏡之間或不緊密連接，留有一定的空 隙作為風口。
有益效果
1) 采用反射式線性聚光器可以解決折射式聚光器的成本較高、規(guī)模難以做大、 光學效率受折射率限制等問題。用多段圓弧反射鏡代替拋物面反射鏡，可以
顯著降低加工難度及成本。用多段圓弧反射鏡代替圓弧面反射鏡可以降低裝 置的相對高度，對于光伏系統(tǒng)可以使得聚光均勻度增加。用多段圓弧反射鏡 代替折平面反射鏡可以顯著減少鏡面的塊數(shù)，從而降低了安裝調(diào)節(jié)的難度， 增大了聚焦的精度，以及減少了鏡面的損壞率，對于光熱系統(tǒng)可以更好的聚 焦到較窄的光斑帶。
2) 單邊圓弧鏡面數(shù)一般為2-3塊，安裝及加工均為簡易，每段反射鏡的位置可 以根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，為了滿足抗風的需要，可以將反射鏡之間留有空 隙；為了降低成本，可以只采用一種曲率的反射鏡，并將反射鏡位置依次提高到相應位置。
3) 對于聚光光伏系統(tǒng)，每段圓弧反射鏡的反射光都覆蓋了整塊電池板，使得局 部鏡面的偏離不至于顯著影響整體的聚光效果。槽式反射鏡不可避免的存在 著反射到電池板的光線分布不均勻的問題，而兩邊反射鏡面對稱分布的布置 可以使得兩邊反射的不均勻光線相互彌補，較為顯著的改善了聚光裝置聚光 到電池板上的不均勻度。
4) 對于聚光光熱系統(tǒng)，因為圓弧反射鏡只有近軸光線入射時才有較好的聚焦效 果，因而圓弧反射鏡和折平面反射鏡難以將光線聚焦到較小的光斑帶上，采 用多段圓弧反射鏡的設計則可以較為理想的解決這個問題。 整套設計科學、簡單、合理，聚光效果好，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，成本低，
易推廣。


圖1是接收器為光伏電池組件的多段圓弧聚光器的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖中有是接收器l、多段圓弧反射鏡2、支撐架3。 圖2是接收器為集熱管的多段圓弧聚光器的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖中有是接收器l、多段圓弧反射鏡2、支撐架3。 圖3是多段圓弧聚光裝置(接收器為光伏電池組件)的設計光路圖， 圖4是多段圓弧聚光裝置(接收器為集熱管)的設計光路圖， 圖5是多段圓弧聚光裝置(接收器為光伏電池組件)的設計光路圖(改進方案)， 圖6是多段圓弧聚光裝置(接收器為集熱管)的設計光路圖(改進方案)。
具體實施例方式
本發(fā)明的采用多段圓弧的聚光器包括接收器1、多段圓弧反射鏡2、支撐架 3;接收器1位于多段圓弧反射鏡2的上方并在2所形成的焦線處，支撐架3位 于多段圓弧反射鏡2的下面并用來固定2，并從2中間的縫隙處伸出支撐桿來支 撐接收器l。接收器l為圓管狀的集熱管或為平板狀的光伏電池組件，多段圓弧 反射鏡2是由多片反射鏡組成的槽型結(jié)構(gòu)反射鏡。多段圓弧反射鏡2的每片圓弧 反射鏡之間不緊密連接，留有一定的空隙作為風口。
實施例1
5接收器1采用的是光伏電池組件，該太陽能聚光器通過跟蹤系統(tǒng)使得太陽光 沿中心軸向入射到接受面，光線到達多段圓弧反射鏡2，經(jīng)鏡面反射后，每段圓 弧鏡面的反射光都能到達并覆蓋整個太陽能光伏電池組件，反射鏡及光伏電池組 件通過支撐架3固定。圖3為光路示意圖，采用的是三段圓弧作為反射鏡，圓弧 弧長均為1米，半徑依次為5米、5.8米、7.2米，電池組件的高度為1.7米。
實施例2
接收器1采用的是集熱管，該太陽能聚光器通過跟蹤系統(tǒng)使得太陽光沿中心 軸向入射到接受面，光線到達多段圓弧反射鏡2，經(jīng)鏡面反射后，每段圓弧鏡面 的反射光都能較為集中的到達集熱管，反射鏡及集熱管通過支撐架3固定。圖4 為光路示意圖，采用的是兩段圓弧作為反射鏡，圓弧弧長均為l米，半徑依次為 4米、4.86米，電池組件的高度為1.927米。
實施例3
接收器1采用的是光伏電池組件，該太陽能聚光器通過跟蹤系統(tǒng)使得太陽光 沿中心軸向入射到接受面，光線到達多段圓弧反射鏡2，經(jīng)鏡面反射后，每段圓 弧鏡面的反射光都能到達并覆蓋整個太陽能光伏電池組件，反射鏡及光伏電池組 件通過支撐架3固定。圖5為光路示意圖，采用的是三段圓弧作為反射鏡，圓弧 弧長均為1米，半徑均為5米，電池組件的高度為1. 7米。這樣的設計可以減小 風壓對鏡面的影響，并顯著的降低制造鏡面的成本，缺點是聚光比與實施例1 的設計相比偏小。
實施例4
接收器1采用的是集熱管，該太陽能聚光器通過跟蹤系統(tǒng)使得太陽光沿中心 軸向入射到接受面，光線到達多段圓弧反射鏡2，經(jīng)鏡面反射后，每段圓弧鏡面 的反射光都能較為集中的到達集熱管，反射鏡及集熱管通過支撐架3固定。圖6 為光路示意圖，采用的是兩段圓弧作為反射鏡，圓弧弧長均為l米，半徑均為4 米，電池組件的高度為1.927米。這樣的設計可以減小風壓對鏡面的影響，并顯 著的降低制造鏡面的成本，缺點是聚光比與實施例2的設計相比偏小。
權利要求
1、一種采用多段圓弧的聚光器，其特征在于該聚光器包括接收器(1)、多段圓弧反射鏡(2)、支撐架(3)；接收器(1)位于多段圓弧反射鏡(2)的上方并在(2)所形成的焦線處，支撐架(3)位于多段圓弧反射鏡(2)的下面并用來固定多段圓弧反射鏡(2)，并從多段圓弧反射鏡(2)中間的縫隙處伸出支撐桿來支撐接收器(1)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的采用多段圓弧的聚光器，其特征在于接收器(1) 為圓管狀的集熱管或為平板狀的光伏電池組件，多段圓弧反射鏡(2)是由多片 反射鏡組成的槽型結(jié)構(gòu)反射鏡。
3、 根據(jù)權利要求1中所述的采用多段圓弧的聚光器，其特征在于多段圓弧 反射鏡(2)的每片圓弧反射鏡之間不連接，留有一定的空隙作為風口。
全文摘要
采用多段圓弧的聚光器涉及一種太陽能利用聚光裝置，特別是一種線性聚焦反射式聚光裝置，該聚光器包括接收器(1)、多段圓弧反射鏡(2)、支撐架(3)；接收器(1)位于多段圓弧反射鏡(2)的上方并在(2)所形成的焦線處，支撐架(3)位于多段圓弧反射鏡(2)的下面并用來固定多段圓弧反射鏡(2)，并從多段圓弧反射鏡(2)中間的縫隙處伸出支撐桿來支撐接收器(1)。采用反射式線性聚光器可以解決折射式聚光器的成本較高、規(guī)模難以做大、光學效率受折射率限制等問題。用多段圓弧反射鏡代替拋物面反射鏡，可以顯著降低加工難度及成本。用多段圓弧反射鏡代替折平面反射鏡，可以顯著降低安裝難度及提高聚光比。
文檔編號F24J2/10GK101655287SQ20091003518
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權日2009年9月7日
發(fā)明者雷 余, 張耀明, 軍 王 申請人:東南大學