帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器。該聚光器包括整體呈U型的復合拋物面聚光器，復合拋物面聚光器包括橫截面呈U的框架，兩塊復合拋物面反射鏡對稱位于框架內(nèi)兩側(cè)；兩塊復合拋物面反射鏡之間設有橫截面呈U的透鏡；透鏡側(cè)壁的內(nèi)側(cè)曲面和外側(cè)曲面之間的厚度由上至下逐漸增厚，透鏡兩側(cè)的外側(cè)曲面分別與兩側(cè)的復合拋物面反射鏡相吻合，所述外側(cè)曲面和對應的復合拋物面反射鏡之間設有空隙，形成空氣夾層。較普通的復合拋物面聚光器而言，本發(fā)明增大了接收角，可以吸收更大范圍內(nèi)的太陽直射光和散射光；同時，本發(fā)明可以保證更高的聚光比，從而聚光效果更加明顯。
【專利說明】帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用【技術(shù)領域】，具體涉及曲面鏡面和透鏡復合聚光下的深槽拋物面型太陽能聚光器。
【背景技術(shù)】
[0002]首先，現(xiàn)有的復合拋物面聚光器以槽式鏡面聚光器為主，即反射面為復合拋物面，整體呈U型。通過鏡面反射，可將接收角范圍內(nèi)的直射光按理想聚光比收集到聚光器底部，而接收角范圍以外的直射光會經(jīng)過鏡面反射從聚光器槽口反射出聚光器。復合拋物面聚光器的幾何聚光比在數(shù)值上等于最大接收半角正弦的倒數(shù)。所以，幾何聚光比越大，對應的接收角的數(shù)值就越小。尤其是聚光比比較大的時候，往往需要匹配太陽能跟蹤系統(tǒng)，從而增加了系統(tǒng)的初投入；相反，如果接收角比較大，雖然不需要太陽能跟蹤設備，但是卻降低了聚光比，從而減弱了聚光效應。其次，透鏡折射聚光也是太陽能聚光領域內(nèi)比較常見的聚光方式。由于透鏡材料折射率大于1，所以光線在經(jīng)歷透鏡時會發(fā)生折射現(xiàn)象，從而達到聚光的目的。同時，當光線從光密物質(zhì)入射到光疏物質(zhì)時，如果入射角大于臨界角，則光線在光密物質(zhì)中發(fā)生全反射作用，即光線不會射入光疏物質(zhì)。充分利用全反射作用可以避免鏡面反射損失，從而提高光學效率。再次，對于非成像聚光的復合拋物面聚光器而言，聚焦產(chǎn)生的光強分布往往不均勻。尤其是與光伏相結(jié)合的時候，不均勻的光強會導致電池的局部溫度上升，從而影響電池的光電效率和使用壽命，尤其是在高倍聚光光伏系統(tǒng)中，這一缺點更為顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了改進聚光器中聚光比制約接收角，導致跟蹤成本上升或者聚光器可固定安裝但聚光比較小的狀況，以及進一步優(yōu)化聚光后聚光器底部光強分布不均勻的問題，本發(fā)明提供了 一種帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器。
[0004]帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器，包括整體呈U型的復合拋物面聚光器，所述復合拋物面聚光器包括橫截面呈U的框架，兩塊復合拋物面反射鏡對稱位于框架內(nèi)兩側(cè)，所述兩塊復合拋物面反射鏡之間設有橫截面呈U的透鏡；透鏡側(cè)壁的內(nèi)側(cè)曲面和外側(cè)曲面之間的厚度由上至下逐漸增厚，透鏡兩側(cè)的外側(cè)曲面分別與兩側(cè)的復合拋物面反射鏡相吻合，所述外側(cè)曲面和對應的復合拋物面反射鏡之間設有空隙，形成空氣夾層。
[0005]以外側(cè)曲面的頂點為定點，將外側(cè)曲面以定點為中心順時針旋轉(zhuǎn)3?5度角即得內(nèi)側(cè)曲面。
[0006]所述透鏡的底面為平面，且與框架的底面接觸。
[0007]所述空氣夾層的厚度小于1mm。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
1.采用一種復合拋物面反射鏡與透鏡相結(jié)合的方式，較普通的復合拋物面聚光器而言增大了接收角，以4倍幾何聚光比的聚光器為例，普通的復合拋物面聚光器的接收角為29°，而本發(fā)明帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器的接收角在56°左右，可以吸收更大范圍內(nèi)的太陽直射光和散射光；
2.對于固定安裝的聚光器而言，本發(fā)明可以保證更高的幾何聚光比。例如固定安裝的接收角為70°的普通復合拋物面聚光器，其對應的幾何聚光比為1.7左右，而相同接收角對應的帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器其幾何聚光比可以達到2.5左右，從而聚光效果更加明顯；
3.采用復合聚光的方式，可以大大改進聚光器的光照強度分布，從而進一步提高聚光光強的均勻性；
4.本發(fā)明復合拋物面反射鏡與透鏡之間保持一定的空隙，充分地利用了光線的全反射作用，與一般的鏡面反射相比進一步降低了反射損失，提高了聚光器整體的光學效率，其結(jié)果可以平均提高10%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為A部分放大示意圖。
[0012]圖4為本發(fā)明工作原理圖。
[0013]上圖中序號:復合拋物面反射鏡1、透鏡2、框架3、內(nèi)側(cè)曲面4、底面5、外側(cè)曲面6、
空氣夾層7。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。
[0015]實施例1
參見圖1，帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器包括整體呈U型的復合拋物面聚光器，復合拋物面聚光器包括橫截面呈U的框架3，兩塊復合拋物面反射鏡I分別對稱位于框架3內(nèi)兩側(cè)；兩塊復合拋物面反射鏡I之間安裝有橫截面呈U的透鏡2。參見圖2，以外側(cè)曲面6的頂點為定點，將外側(cè)曲面6以定點為中心順時針旋轉(zhuǎn)3度角即得內(nèi)側(cè)曲面4。透鏡2兩側(cè)側(cè)壁的內(nèi)側(cè)曲面4和外側(cè)曲面6之間的厚度均由上至下逐漸增厚，透鏡2兩側(cè)側(cè)壁的外側(cè)曲面6分別與兩側(cè)的復合拋物面反射鏡I相吻合，且外側(cè)曲面6和對應的復合拋物面反射鏡之間留有間隙，形成空氣夾層7，空氣夾層7的厚度為0.8mm，見圖3 ;透鏡2的底面為平面，且與框架3的底面接觸。
[0016]如圖4所示，接收角范圍內(nèi)的太陽光經(jīng)過透鏡2的內(nèi)側(cè)曲面4發(fā)生折射，經(jīng)過透鏡2的外側(cè)曲面6，一部分發(fā)生全反射，反射回透鏡2 ;—部分穿過外側(cè)曲面6，通過空氣夾層7到達復合拋物面反射鏡I發(fā)生鏡面反射，再一次回到透鏡2中，如此反復，最終到達聚光器的底面5。
[0017]本發(fā)明采用復合拋物面鏡面反射和透鏡折射相結(jié)合的復合聚光方式，擴大了聚光器的接收角，例如4倍幾何聚光比時，其接收角為56°左右，遠遠大于普通復合拋物面聚光器的接收角29°。充分利用透鏡的全反射作用提高了光學效率，基本可以提高10%以上，同時，利用透鏡作用進一步改進了聚光器底部的光強分布，改進了聚光器的聚光光強性能。光線一部分發(fā)生全反射，一部分發(fā)生鏡面反射，最終到達聚光器底部。
[0018]實施例2
以外側(cè)曲面6的頂點為定點，將外側(cè)曲面6以定點為中心順時針旋轉(zhuǎn)5度角即得內(nèi)側(cè)曲面4。空氣夾層7的厚度為0.5mm。
[0019]其它同實施例1。
【權(quán)利要求】
1.帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器，包括整體呈U型的復合拋物面聚光器，所述復合拋物面聚光器包括橫截面呈U的框架，兩塊復合拋物面反射鏡對稱位于框架內(nèi)兩側(cè)，其特征在于:所述兩塊復合拋物面反射鏡之間設有橫截面呈U的透鏡；透鏡側(cè)壁的內(nèi)側(cè)曲面和外側(cè)曲面之間的厚度由上至下逐漸增厚，透鏡兩側(cè)的外側(cè)曲面分別與兩側(cè)的復合拋物面反射鏡相吻合，所述外側(cè)曲面和對應的復合拋物面反射鏡之間設有空隙，形成空氣夾層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器，其特征在于:以外側(cè)曲面的頂點為定點，將外側(cè)曲面以定點為中心順時針旋轉(zhuǎn)3?5度角即得內(nèi)偵_面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器，其特征在于:所述透鏡的底面為平面，且與框架的底面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有空氣夾層的太陽能內(nèi)壁透鏡式復合拋物面聚光器，其特征在于:所述空氣夾層的厚度小于1mm。
【文檔編號】F24J2/12GK103438587SQ201310405892
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】裴剛, 李桂強, 蘇躍紅, 季杰 申請人:中國科學技術(shù)大學