一種焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，包括球面反射鏡、桁架、驅(qū)動(dòng)器、支架以及控制箱；其中，球面反射鏡安裝在桁架上，球面反射鏡拼接成一整體非球面的聚光鏡面，球面反射鏡的頂點(diǎn)位于整體非球面聚光鏡面內(nèi)，使球面反射鏡頂點(diǎn)的法線方向與整體非球面的聚光鏡面在該點(diǎn)法線方向上一致；桁架與驅(qū)動(dòng)器固聯(lián)，驅(qū)動(dòng)器安裝在支架上，在控制箱的控制下，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)桁架并帶動(dòng)整個(gè)聚光鏡面做旋轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】一種焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能熱發(fā)電(CSP)及中高溫?zé)崂檬翘柲芾玫闹匾矫?，其基本過程為:利用太陽聚光器跟蹤太陽并將太陽輻射會(huì)聚至吸熱裝置，從而獲得高溫?zé)崮埽倮脽崮苓M(jìn)行常規(guī)熱發(fā)電或其它中高溫利用。因此，太陽聚光器是太陽能熱發(fā)電及太陽能中高溫利用系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，其光學(xué)效率和聚光比決定了太陽能的利用效率和系統(tǒng)能夠達(dá)到的最高溫度。
[0003]太陽聚光器按焦點(diǎn)是否隨聚光器移動(dòng)可分為焦點(diǎn)固定式和隨動(dòng)式兩種，焦點(diǎn)固定式聚光器主要有塔式聚光器和線性菲涅耳聚光器，焦點(diǎn)隨動(dòng)式聚光器主要有拋物槽式聚光器、拋物碟式聚光器以及多碟式聚光器，本申請(qǐng)主要涉及塔式聚光器(也被稱為定日鏡)。
[0004]目前，用于塔式聚光系統(tǒng)的聚光器面形通常有兩種類型:整體平面鏡或由小反射鏡拼接而成的近似球面鏡。整體平面鏡不具備聚光能力，其聚光效率和聚光比均較低。由小反射鏡拼接而成的近似球面鏡具有一定聚光能力，但受球面象散影響，在全年工作時(shí)間內(nèi)其光斑尺寸變化較大，不利于吸熱器接收。另外，受加工工藝和成本限制，目前小反射鏡多采用平面玻璃反射鏡，由其拼接而成的聚光器聚光比較低；為了提高聚光比，需要減小反射鏡尺寸，但這又會(huì)加劇縫隙損失，降低聚光效率。
[0005]為了提高聚光比，現(xiàn)有技術(shù)中也有通過外力使平面玻璃反射鏡變形為曲面反射鏡的方法。將曲面反射鏡拼接而成的聚光器在聚光比有所提高，但平面玻璃反射鏡在外力作用下，反射表面存在起伏，面形精度很差，會(huì)造成嚴(yán)重的散射損失，且玻璃反射鏡的破碎率較高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的太陽聚光器在聚光比、光學(xué)效率與加工成本上無法同時(shí)滿足的缺陷，從而提供一種在現(xiàn)有的加工工藝與加工成本的基礎(chǔ)上，能夠有效提高聚光比和光學(xué)效率大顆粒太陽聚光器。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，包括球面反射鏡2、桁架3、驅(qū)動(dòng)器4、支架5以及控制箱6 ;其中，
[0008]所述球面反射鏡2安裝在所述桁架3上，所述球面反射鏡2拼接成一整體非球面的聚光鏡面I，所述球面反射鏡2的頂點(diǎn)位于所述整體非球面聚光鏡面I內(nèi)，使所述球面反射鏡2頂點(diǎn)的法線方向與所述整體非球面的聚光鏡面I在該點(diǎn)法線方向上一致；所述桁架3與所述驅(qū)動(dòng)器4固聯(lián)，所述驅(qū)動(dòng)器4安裝在所述支架5上，在所述控制箱6的控制下，所述驅(qū)動(dòng)器4驅(qū)動(dòng)所述桁架3并帶動(dòng)整個(gè)聚光鏡面I做旋轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述球面反射鏡2包括球面白玻璃8、反射膜10以及保護(hù)膜11。[0010]上述技術(shù)方案中，所述球面反射鏡2的數(shù)量多于三個(gè)。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述球面反射鏡2的形狀為矩形或正六邊形或圓形，其頂點(diǎn)曲率半徑為整個(gè)焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器焦距的2倍。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述聚光鏡面I的鏡面輪廓成矩形或圓形。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述球面反射鏡2安裝在所述桁架3上包括:通過專用粘結(jié)劑將鏡托12與所述球面反射鏡2粘結(jié)，然后將所述鏡托12安裝在所述桁架3上。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述桁架3通過彎頭14安裝在所述驅(qū)動(dòng)器4上；其中，所述支架5的上端面13與彎頭14的下端面重合并固聯(lián)，所述彎頭14的上端面15與所述驅(qū)動(dòng)器4固聯(lián)，上端面15的法線方向與所述驅(qū)動(dòng)器4目標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)中心線16—致。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016]1、本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器在全年運(yùn)行過程中的光斑尺寸變化較平面或球面聚光器大大減小，這有利于吸熱器對(duì)光斑的接收，從而有效提高聚光器的光學(xué)效率和聚光比。
[0017]2、本實(shí)用新型采用聚光面形為非球面的太陽聚光器，解決了球面聚光器在大角度入射條件下光斑尺寸大的難題，有效提高了焦點(diǎn)固定式太陽聚光器的年光學(xué)效率和聚光比；非球面聚光面采用小尺寸球面反射鏡拼接而成，在滿足非球面聚光性能的前提下，降低了非球面聚光器的加工難度和制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器整體結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為球面反射鏡的示意圖；
`[0020]圖3a、3b為本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器中聚光面的不同拼接輪廓示意圖；
[0021]圖4為球面反射鏡與桁架的聯(lián)結(jié)示意圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器與現(xiàn)有技術(shù)中的球面聚光器光斑面積隨入射角的變化比較圖。
[0023]圖面說明
[0024]I聚光鏡面2球面反射鏡3桁架
[0025]4驅(qū)動(dòng)器5支架6控制箱
[0026]8球面白玻璃10反射膜11保護(hù)膜
[0027]12鏡托13支架5的上端面14彎頭
[0028]15彎頭14的上端面16驅(qū)動(dòng)器4目標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)中心線
[0029]17焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器在全年工作時(shí)間內(nèi)光斑面積隨入射角的變化曲線
[0030]18球面聚光器在全年工作時(shí)間內(nèi)光斑面積隨入射角的變化曲線【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0032]如圖1所示，本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器包括:球面反射鏡2、桁架3、驅(qū)動(dòng)器4、支架5以及控制箱6 ;其中，所述球面反射鏡2安裝在桁架3上，所有的球面反射鏡2拼接成一整體非球面的聚光鏡面I，所述球面反射鏡2的頂點(diǎn)位于整體非球面聚光鏡面I內(nèi)，使所述球面反射鏡2頂點(diǎn)的法線方向與整體非球面的聚光鏡面I在該點(diǎn)法線方向上一致；所述桁架3與所述驅(qū)動(dòng)器4固聯(lián)，所述驅(qū)動(dòng)器4安裝在所述支架5上，在所述控制箱6的控制下，所述驅(qū)動(dòng)器4驅(qū)動(dòng)桁架3并帶動(dòng)整個(gè)聚光鏡面I做旋轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0033]下面對(duì)該聚光器中的各個(gè)部件做進(jìn)一步的說明。
[0034]如圖2所示，所述球面反射鏡2依次包括球面白玻璃8、反射膜10以及保護(hù)膜11 ；所述反射膜10可采用銀、鋁或鋁合金制成，其反射率應(yīng)達(dá)到90%以上。所述球面反射鏡2的尺寸小于整體非球面的聚光面鏡I的尺寸；球面反射鏡2的數(shù)量大于或等于4 ;球面反射鏡2的頂點(diǎn)曲率半徑等于本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器焦距的2倍。所述球面反射鏡2的形狀可以是多種，如矩形、正六邊形、圓形或其它形狀。在本實(shí)施例中，所述球面反射鏡2為矩形。
[0035]所述球面反射鏡2拼接而成的聚光鏡面I可以有多種鏡面輪廓，如圖3a所示的矩形輪廓，或如圖3b所示的近似圓形輪廓。
[0036]所述桁架3使用鋼或鋁合金材料加工而成，通過焊接和鉸接構(gòu)成一個(gè)整體。
[0037]所述球面反射鏡2安裝在桁架3上時(shí)，如圖4所示，可通過專用粘結(jié)劑將鏡托12與球面反射鏡2粘結(jié)，然后將鏡托12安裝在桁架3上。在安裝過程中，球面反射鏡2的位置和傾斜角度均可調(diào)。
[0038]所述驅(qū)動(dòng)器4所需電力可由輸電線纜提供，也可在本實(shí)用新型的聚光器上另行安裝光伏發(fā)電裝置，由光伏發(fā)電裝置提供電力。
[0039]支架5的上端面13與水平面平行，上面安裝有彎頭14，支架5的下端與地基固聯(lián)，支架5可以是塔筒或鋼架結(jié)構(gòu)。彎頭14的下端面與支架5的上端面13重合并固聯(lián)，彎頭14的上端面15與驅(qū)動(dòng)器4固聯(lián)，上端面15的法線方向與驅(qū)動(dòng)器4目標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)中心線16一致。
[0040]控制箱6可安裝在支架5上，也可安裝在其它方便操作的位置?？刂葡?與總控制室的通信可采用無線或有線通信。
[0041]如圖5所示，在同等條件下模擬計(jì)算了本實(shí)用新型的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器與球面聚光器在全年工作時(shí)間內(nèi)光斑面積隨入射角的變化曲線，其中，曲線17代表本實(shí)用新型焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器在全年工作時(shí)間內(nèi)光斑面積隨入射角的變化，曲線18代表球面聚光器在全年工作時(shí)間內(nèi)光斑面積隨入射角的變化，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，本實(shí)用新型焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器的光斑尺寸在全年內(nèi)的變化比較均勻，變化量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于球面聚光器，這有利于吸熱器對(duì)光斑的接收，從而提高光學(xué)效率和聚光比。
[0042]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，包括球面反射鏡(2)、桁架(3)、驅(qū)動(dòng)器(4)、支架(5)以及控制箱(6);其中， 所述球面反射鏡(2)安裝在所述桁架(3)上，所述球面反射鏡(2)拼接成一整體非球面的聚光鏡面(1)，所述球面反射鏡(2)的頂點(diǎn)位于所述整體非球面聚光鏡面(I)內(nèi)，使所述球面反射鏡(2)頂點(diǎn)的法線方向與所述整體非球面的聚光鏡面(I)在該點(diǎn)法線方向上一致；所述桁架(3 )與所述驅(qū)動(dòng)器(4 )固聯(lián)，所述驅(qū)動(dòng)器(4 )安裝在所述支架(5 )上，在所述控制箱(6 )的控制下，所述驅(qū)動(dòng)器(4 )驅(qū)動(dòng)所述桁架(3 )并帶動(dòng)整個(gè)聚光鏡面(I)做旋轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)包括球面白玻璃(8)、反射膜(10)以及保護(hù)膜(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)的數(shù)量多于三個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)的形狀為矩形或正六邊形或圓形，其頂點(diǎn)曲率半徑為整個(gè)焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器焦距的2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述聚光鏡面(O的鏡面輪廓成矩形或圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)安裝在所述桁架(3)上包括:通過專用粘結(jié)劑將鏡托(12)與所述球面反射鏡(2)粘結(jié)，然后將所述鏡托(12)安裝在所述桁架(3 )上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦點(diǎn)固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述桁架(3)通過彎頭(14)安裝在所述驅(qū)動(dòng)器(4)上；其中，所述支架(5)的上端面(13)與彎頭(14)的下端面重合并固聯(lián)，所述彎頭(14)的上端面(15)與所述驅(qū)動(dòng)器(4)固聯(lián)，上端面(15)的法線方向與所述驅(qū)動(dòng)器(4)目標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)中心線(16)—致。
【文檔編號(hào)】G02B19/00GK203606561SQ201320806531
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月8日
【發(fā)明者】姚志豪 申請(qǐng)人:首航節(jié)能光熱技術(shù)股份有限公司