專(zhuān)利名稱(chēng)：一種反射式聚光陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚光陣列，具體講是一種由一系列鏡子組成的太陽(yáng)能反射式聚 光陣列，屬于太陽(yáng)能聚光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能聚光是指通過(guò)一種特制的鏡面，利用光線折射、反射和直射的合理安排，將 光線聚集起來(lái)產(chǎn)生高強(qiáng)度的光能，在聚光目標(biāo)上往往會(huì)伴隨產(chǎn)生高溫。然后再通過(guò)光電半 導(dǎo)體或熱機(jī)等方式來(lái)轉(zhuǎn)換能量形式，例如發(fā)電。目前通過(guò)聚光產(chǎn)生高溫再應(yīng)用到各種場(chǎng)合 的為多數(shù)，比如用來(lái)提升水的溫度，高級(jí)應(yīng)用如工業(yè)上的將聚光產(chǎn)生的高溫來(lái)熔化各種物 體。目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上多用復(fù)合拋物面來(lái)進(jìn)行聚光，其優(yōu)點(diǎn)在于聚光效率比較高，參 數(shù)的設(shè)計(jì)也比較容易、成熟，且在特殊場(chǎng)合、在低倍聚光時(shí)不用進(jìn)行跟蹤，如山東皇明太陽(yáng) 能有限公司申請(qǐng)的03277088號(hào)專(zhuān)利，就是公開(kāi)了“一種復(fù)合拋物面聚光集熱器”；福建省三 明市聚光太陽(yáng)能有限公司的95220017號(hào)專(zhuān)利，也公開(kāi)了 “一種非對(duì)稱(chēng)復(fù)合拋物面聚光集熱 器，”均出于上述原理。一般來(lái)講，復(fù)合拋物面的反射面的加工精度要求非常高，且反射鏡面 積也相對(duì)偏大，制造成本高。多塊平面鏡反射聚光陣列目前也有應(yīng)用，如高倍聚光塔，“河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué) 院”于2008年在第11期《太陽(yáng)能》期刊上發(fā)表的《塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)展及在我國(guó)的 應(yīng)用前景》(分類(lèi)號(hào)TM615)就是講述了“將陽(yáng)光聚集到固定在塔頂部的接收器上產(chǎn)生高溫， 加熱工質(zhì)產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽或高溫氣體，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而 將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能?！闭f(shuō)明該技術(shù)能夠有效地將陽(yáng)光高倍聚焦，然后引用到發(fā)電場(chǎng)合。但 不可否認(rèn)的是，該系統(tǒng)在跟蹤時(shí)鏡子轉(zhuǎn)動(dòng)可能會(huì)相互遮擋陽(yáng)光，因此聚光陣列中的平面鏡 往往稀疏排列，從而使得陽(yáng)光的利用率偏低，同時(shí)，其陣列鋪設(shè)時(shí)的占地面積也相應(yīng)地需要 非常大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種太陽(yáng)光利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易且 占用空間較小的太陽(yáng)能反射式聚光陣列。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的太陽(yáng)能反射式聚光陣列，由一系列可轉(zhuǎn)動(dòng)的 鏡子、若干轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制芯片、電機(jī)及聚光目標(biāo)等部件組成，將陽(yáng)光有效地聚集到二個(gè)或 更多的聚光目標(biāo)上。所述的鏡子呈V型，由兩面細(xì)長(zhǎng)的鏡子組成，其鏡面可以是平面，或者 也可以設(shè)計(jì)成弧面；其長(zhǎng)度和寬度可按照功能要求靈活定制，并且，該V型鏡兩面鏡子的夾 角等于鏡面與兩聚光目標(biāo)形成的夾角的1/2的余角，其原理符合下式
式中，β為V型鏡的夾角，α為兩聚光目標(biāo)到V型鏡面所形成的夾角。作為進(jìn)一步發(fā)明點(diǎn)，其V型鏡陣列的排列方式可以是呈直線狀排列方式，也可以是呈非直線狀排列方式。當(dāng)以簡(jiǎn)單的直線狀排列的時(shí)候，該陣列內(nèi)的V型鏡之間，其各自的 夾角按上述公式會(huì)各不相同，可達(dá)到非常理想的聚光效果；當(dāng)呈特定的非直線狀排列的時(shí) 候，該陣列內(nèi)的V型鏡的夾角按上述公式可以做到全部相等，同樣可以達(dá)到非常理想的聚 光效果。一種比較容易實(shí)現(xiàn)的方式是采用一種圓弧型陣列的排列方式，其原理符合下式
式中，R為排列陣列圓弧半徑，a為兩相鄰聚光目標(biāo)中心之間距離的一半，b為聚光目標(biāo) 中心到其同側(cè)圓弧頂點(diǎn)的距離。聚光目標(biāo)和鏡子都是有限大小，因此V型鏡的夾角、排列位置、及下面提到的跟蹤 精度在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中都可以有一定的誤差范圍，不影響其聚光效果。作為進(jìn)一步發(fā)明點(diǎn)，在陣列呈直線狀排列或是呈非直線狀排列時(shí)，陣列的第一部 分和最后一部分鏡子可以是普通的平面鏡，不必一定要用V型鏡。作為進(jìn)一步的發(fā)明點(diǎn)，該V型鏡陣列中的每個(gè)鏡子是在一系列轉(zhuǎn)動(dòng)部件的帶動(dòng) 下，始終圍繞自己的軸心，以特定的、相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律為速度始終保持是太陽(yáng) 移動(dòng)角速度的一半。為實(shí)施方便起見(jiàn)，可以將V型鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置成與地球自轉(zhuǎn)軸同向，則 其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度同時(shí)也是地球自轉(zhuǎn)速度的一半，并且與地球自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向呈相反的狀態(tài)。V型鏡子陣列以上述的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將太陽(yáng)光反射聚集到兩個(gè)固定的聚光目標(biāo) 上，表現(xiàn)為所有V型鏡的左半部分的鏡子陽(yáng)光反射到右邊的聚光目標(biāo)，產(chǎn)生聚光效果；所 有V型鏡的右半部分的鏡子將陽(yáng)光反射到左邊的聚光目標(biāo)，產(chǎn)生聚光效果。左右光路互不 遮擋。重復(fù)排列V型鏡子陣列和聚光目標(biāo)可將太陽(yáng)光反射交錯(cuò)聚集到多個(gè)聚光目標(biāo)上。所述的聚光目標(biāo)可以是一種長(zhǎng)條形管狀物體，也可以是其類(lèi)似形狀物體，其位置 位于V型鏡陣列與太陽(yáng)之間，處于與地面相對(duì)固定的狀態(tài)。所述的一系列轉(zhuǎn)動(dòng)部件的一個(gè)容易實(shí)施的方式可以是齒輪和同步帶裝置，也可以 是其它能實(shí)現(xiàn)鏡子按照上述要求轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，一般可簡(jiǎn)單地用一個(gè)電機(jī)提供其動(dòng) 力。為了減少環(huán)境因素對(duì)V型鏡陣列的影響，所述的V型鏡陣列可以安裝在玻璃箱子 內(nèi)，也可以是安裝在其它對(duì)太陽(yáng)光線不會(huì)形成阻攔的透明箱子內(nèi)。所述的控制芯片可以是事先編制好相應(yīng)控制程序的單片機(jī)，該單片機(jī)也可以進(jìn)一 步接收來(lái)自太陽(yáng)位置感應(yīng)器的信號(hào)輸入。采用上述技術(shù)措施后，本發(fā)明與之前的結(jié)構(gòu)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)V型鏡陣列按 照事先運(yùn)算、設(shè)計(jì)好的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，可以始終保持最佳的陽(yáng)光入射角度，同時(shí)保持反射到聚光 目標(biāo)的最佳角度，最終保證了聚光目標(biāo)能產(chǎn)生較高的陽(yáng)光強(qiáng)度，往往同時(shí)伴隨產(chǎn)生較高的 溫度。重要的是由于V型鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其陣列左右光路互不遮擋，V型鏡之間的間隙很小 甚至可以沒(méi)有間隔，陽(yáng)光的利用率比較高，因此該陣列占地空間也比較小。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安 裝容易，適合不同場(chǎng)地的安裝，太陽(yáng)能綜合利用的效果比復(fù)合拋物面聚光陣列要好，因?yàn)槎?個(gè)復(fù)合拋物面聚光裝置安裝在一起必須考慮間隔，而本發(fā)明所涉及的陣列之間可以沒(méi)有間 隔。同時(shí)，較之復(fù)合拋物面的聚光方法，聚光鏡制作簡(jiǎn)單，使用材料面積小，其成本也顯得更 加低廉。


圖1所示的是本發(fā)明中V型鏡在初始位置陽(yáng)光入射及反射的示意圖。圖中，陽(yáng)光1 入射到V型鏡表面，再由V型鏡反射到聚光目標(biāo)10和20上。圖2所示的是本發(fā)明中V型鏡由初始位置轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，陽(yáng)光入射及反射的 示意圖。圖中，陽(yáng)光1入射到V型鏡表面，再由V型鏡反射到聚光目標(biāo)10和20上。圖3所示的是本發(fā)明中當(dāng)V型鏡的二面鏡子不是平面鏡而是呈圓弧型時(shí)，陽(yáng)光 入射及反射的示意圖，鏡子本身有一定的聚光功能。圖4所示的是本發(fā)明中數(shù)面V型鏡安裝在一起時(shí)，陽(yáng)光入射及反射的示意圖。圖5所示的是本發(fā)明中V型鏡的三維外觀結(jié)構(gòu)圖。圖6所示的是本發(fā)明中V型鏡中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸最佳位置示意圖。圖7所示的是本發(fā)明中V型鏡陣列第一部分和最后一部分鏡子呈平面鏡形狀時(shí)的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖8所示的是本發(fā)明中V型鏡呈直線排列時(shí)，鏡子和聚光目標(biāo)的位置結(jié)構(gòu)示意圖。圖9所示的是本發(fā)明中V型鏡呈非直線排列時(shí)，鏡子和聚光目標(biāo)的位置結(jié)構(gòu)示意 圖。圖10所示的是本發(fā)明中V型鏡呈圓弧狀排列時(shí)，鏡子和聚光目標(biāo)的位置結(jié)構(gòu)示意 圖。其中1、入射陽(yáng)光；2、未轉(zhuǎn)時(shí)的V型鏡；3、轉(zhuǎn)動(dòng)后的V型鏡；4、圓弧面V型鏡；5、 多面V型鏡組合；6、V型鏡結(jié)構(gòu)；7、轉(zhuǎn)動(dòng)軸；8、平面鏡；10、20、聚光目標(biāo)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任 何限制。太陽(yáng)光1在初始方向入射時(shí)，由圖1所示，陽(yáng)光被V型鏡2反射至二個(gè)聚光目標(biāo) 10和20。隨著時(shí)間的推移，太陽(yáng)光1的入射方向發(fā)生變化，如圖2所示，V型鏡2也轉(zhuǎn) 動(dòng)相應(yīng)的角度，陽(yáng)光還是被V型鏡2反射至二個(gè)聚光目標(biāo)10和20。當(dāng)然V型鏡2的二面 鏡子可以不限于平面鏡，可以設(shè)計(jì)成一定的弧度，如圖3所示，該圓弧面V型鏡4在反射的 同時(shí)還可以有一定的輔助聚光效果。圖4顯示若干個(gè)V型鏡組成陣列5，每個(gè)V型鏡各自 將陽(yáng)光反射至二個(gè)同一聚光目標(biāo)10和20，這種疊加作用產(chǎn)生聚光效果是本發(fā)明的主要內(nèi) 容。注意到V型鏡的設(shè)計(jì)使向一個(gè)方向反射的鏡子排列有自然的間隔，不會(huì)相互遮擋光線； 同時(shí)V型鏡的另一面鏡子由于角度關(guān)系也不會(huì)遮擋這些光線。高強(qiáng)度的陽(yáng)光在聚光目標(biāo)上 往往伴隨著高溫。圖5顯示V型鏡的三維整體結(jié)構(gòu)(6)，可以看到該V型鏡一般由兩面普通的平面鏡 組合在一起，該V型鏡的夾角等于鏡面與兩聚光目標(biāo)形成的夾角的1/2的余角，其原理符合 下式
β = Ji - α /2
當(dāng)然，在具體制作過(guò)程中，其材料也可以選擇玻璃、有機(jī)玻璃以及表面鍍反光膜的塑 料。由圖6可知，V型鏡的理想轉(zhuǎn)動(dòng)軸位置一般不在V型鏡兩面平面鏡結(jié)合處，而是在V型 鏡兩面平面鏡結(jié)合處的稍前方7處，即V型鏡的重心處。式中，R為排列陣列圓弧半徑，a為兩相鄰聚光目標(biāo)中心之間距離的一半，b為聚光目標(biāo) 中心到其同側(cè)圓弧頂點(diǎn)的距離。 若干個(gè)V型鏡和若干個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在一起，使得V型鏡陣列能夠以特定的、相同的 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律為速度始終保持是太陽(yáng)移動(dòng)角速度的一半，同時(shí)，為實(shí)施方便起見(jiàn)， 可以將V型鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置成與地球自轉(zhuǎn)軸同向，則其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度同時(shí)也是地球自轉(zhuǎn)速度 的一半，并且與地球自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向呈相反的狀態(tài)；由圖7可知，平面鏡8可以安裝在V型鏡陣 列的首尾兩處位置，因?yàn)檫@些位置的反射鏡只有一個(gè)聚光目標(biāo)。不論V型鏡陣列呈直線狀 排列或是呈非直線狀排列時(shí)，都適合安裝在整個(gè)陣列的首尾位置，均不影響V型鏡陣列的 聚光效果，同時(shí)，不會(huì)使V型鏡陣列在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使平面鏡和V型鏡之間形成陽(yáng)光的遮擋。由 圖8和圖9所示為本發(fā)明V型鏡陣列呈直線狀排列和呈非直線狀排列時(shí)的結(jié)構(gòu)，需要說(shuō)明 的是當(dāng)呈一般的直線狀排列的時(shí)候，該陣列內(nèi)的V型鏡之間，其各自的夾角按上述公式必 須各不相同時(shí)，才可達(dá)到非常理想的聚光效果；當(dāng)呈特定的非直線狀排列的時(shí)候，該陣列內(nèi) 的V型鏡之間，各自的夾角按上述公式可以做到全部相等，同樣可以達(dá)到非常理想的聚光 效果。一種比較容易實(shí)現(xiàn)的方式是采用一種圓弧型陣列的排列方式，如圖10所示，其原理 符合下式
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，由一系列鏡子、若干轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制芯片等部件組成， 其特征在于，這一系列鏡子中的每個(gè)鏡子都呈V型，并且圍繞自己的軸心、以特定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn) 動(dòng)，將陽(yáng)光聚集到兩個(gè)或多個(gè)固定的聚光目標(biāo)上，并且這一系列鏡子的轉(zhuǎn)速都相同。
2.一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，由一系列鏡子、若干轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制芯片等部件組成， 其特征在于，這一系列鏡子中的首尾兩部分鏡子可以是普通平面鏡，其他鏡子則均是V型^Ml O
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，這一系列鏡子轉(zhuǎn) 動(dòng)的速度始終保持是太陽(yáng)移動(dòng)速度的一半，將之設(shè)置成轉(zhuǎn)動(dòng)軸與地球自轉(zhuǎn)軸同向，則其轉(zhuǎn) 速同時(shí)也是地球自轉(zhuǎn)速度的一半，并且與地球自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，該V型鏡鏡面的夾 角等于鏡面與二聚光目標(biāo)形成的夾角的1/2的余角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的V型鏡夾角，其特征在于，該夾角原理符合下式 β = Ji - α /2式中，β為V型鏡的夾角，α為鏡面與二聚光目標(biāo)所形成的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，V型鏡子陣列在轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，可以將太陽(yáng)光反射聚集到兩個(gè)固定的聚光目標(biāo)上，具體表現(xiàn)為所有V型鏡的左半部 分的鏡子陽(yáng)光反射到右邊的聚光目標(biāo)，所有V型鏡的右半部分的鏡子將陽(yáng)光反射到左邊的 聚光目標(biāo)，左右光路互不遮擋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，重復(fù)排列V型鏡子 陣列和聚光目標(biāo)可將太陽(yáng)光反射交錯(cuò)聚集到多個(gè)聚光目標(biāo)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，聚光目標(biāo)可以是 一種長(zhǎng)條形管狀物體，也可以是其類(lèi)似形狀物體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚光目標(biāo)，其特征在于，聚光目標(biāo)位于V型鏡陣列與太陽(yáng)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，V型鏡面由兩面 細(xì)長(zhǎng)的鏡子組成，在實(shí)際應(yīng)用中，其長(zhǎng)度和寬度可按照功能要求靈活定制。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的V型鏡面，其特征在于，該鏡面通常是簡(jiǎn)單的平面鏡，但不 局限于平面鏡，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)成凹、凸面鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，聚光目標(biāo)呈均勻 排列狀，V型鏡可以是呈均勻排列的直線陣列。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的呈直線狀排列的鏡子陣列，其特征在于，該陣列內(nèi)的V型鏡 之間各自的夾角各不相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，其特征在于，V型鏡也可以是 非直線陣列，一種比較容易實(shí)現(xiàn)的方式是采用一種圓弧型陣列，其原理符合下式式中，R為圓弧半徑，a為兩聚光目標(biāo)圓心之間距離的一半，b為聚光目標(biāo)圓心到其同側(cè) 圓弧頂點(diǎn)的距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的呈非直線排列的鏡子陣列，其特征在于，該陣列內(nèi)的V型鏡 之間各自的夾角全部相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能反射式聚光陣列，由一系列V型的、可轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡子、若干轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制芯片及聚光目標(biāo)等部件組成，V型鏡陣列通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)繞軸按照特定的規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)，按照其陣列排列方式的不同，V型鏡的夾角也各不相同，但各個(gè)鏡子之間的轉(zhuǎn)速始終保持一致。該陣列能保持最佳的太陽(yáng)光入射和折射角度，使聚集的陽(yáng)光始終對(duì)準(zhǔn)聚光目標(biāo)。V型鏡的設(shè)計(jì)使各面鏡子不會(huì)相互遮擋光線，陽(yáng)光的利用率比較高，V型鏡陣列占地空間可以比較小，適合不同場(chǎng)地的安裝，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，較之復(fù)合拋物面的聚光，其成本也顯得更加低廉。
文檔編號(hào)G02B7/198GK102135660SQ20111004069
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者陳大彤 申請(qǐng)人:寧波高新區(qū)聚光太陽(yáng)能有限公司, 陳大彤