一種碟式菲涅爾反射聚光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能利用技術領域，是一種碟式菲涅爾反射聚光裝置，能根據(jù)接收器的要求產(chǎn)生合適的聚焦能流。
【背景技術】
[0002]太陽能是一種清潔量大的綠色能源，全球總輻射量約為1.7 X 117W,其中我國約占1% (1.8 X 115W,相當于1.9萬億噸標煤/年)，是我國目前年能耗總量的680倍。太陽能在未來能源中將占有重要的地位。
[0003]太陽能發(fā)電技術主要分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電。光伏發(fā)電主要是利用光伏電池的光生伏打效應發(fā)電。由于太陽光能流密度低，單位發(fā)電容量所需的光伏電池板面積大，而光伏電池板制造過程能耗大，污染嚴重。因此利用聚光裝置將能流密度低的太陽光聚集之后再投射到光伏電池上就可以降低電池的用量。相當于用價格相對較低廉的聚光材料代替光伏電池材料。光熱發(fā)電主要是利用聚光反射鏡將太陽光聚集起來，通過光熱轉化為工質的熱能，再通過熱力發(fā)動機來發(fā)電。同樣的在為達到較高溫度，太陽能熱發(fā)電需要聚光裝置。
[0004]傳統(tǒng)的聚光器有菲涅爾透鏡，槽式、碟式和塔式反射聚光裝置。菲涅爾透鏡采用透射材料，經(jīng)過光線折射原理聚光。一般可以用光學塑料來制造，但是由于光學塑料的折射率的限制影響了聚光比的提高。若采用玻璃將使得系統(tǒng)的重量過大。此外由于材料的光學性能會隨著時間而有較大幅度的衰減。反射聚光裝置需要有精確的連續(xù)反射表面。當反射面增大時，給制造和安裝帶來較大的麻煩。而且其接受器一般位于聚光器的上方，即高空的位置，造成一部分遮光并且對接收器安裝帶來了較大困難。此外光伏和光熱利用形式都要求接受器上有盡可能均勻的能流密度分布，而傳統(tǒng)的聚光器并沒有這種特性。
【發(fā)明內容】
[0005]為了克服傳統(tǒng)聚光器的缺點，本實用新型提供了一種碟式菲涅爾反射聚光裝置。
[0006]碟式菲涅爾反射聚光裝置包括反射鏡陣列、接收器和菲涅爾透鏡，所述的反射鏡陣列由數(shù)個按直徑大小排列的條形環(huán)狀反射面組成，所述的菲涅爾透鏡位于所述的由條形環(huán)狀反射面組成的反射鏡陣列的中間，接收器和入射光線分別位于所述反射鏡陣列的兩偵牝一部分入射光線通過條形反射面的反射聚焦到接收器上，另一部分入射光線經(jīng)過菲涅爾透鏡的折射聚焦到接收器上。
[0007]此裝置有一系列的條形環(huán)狀反射面和接收器組成，入射到條形環(huán)狀反射面上的太陽光經(jīng)過反射之后，匯聚到設定的接收器上。不同的條形環(huán)狀反射面將各自接受的太陽光反射至接收器上，形成聚焦光斑，提高了接收器上的能流密度。不同的條形環(huán)狀反射面布置在適當?shù)奈恢?，避免一個反射環(huán)面對另一個反射環(huán)面的入射光或者反射光的遮擋。反射面的型線可以選擇拋物線、橢圓、圓以及高次曲線等，在能保證聚光效果時，可以選擇直線來代替曲面。此外單個聚光器可以由同種類型的曲線環(huán)面組成，也可以采用不同種曲線組合成。
[0008]本實用新型提供了一種改進的下聚光裝置，產(chǎn)生符合接受器所要求的聚光。此裝置結合了類似菲涅爾鏡的局部聚光以及局部設計優(yōu)化的思路，優(yōu)化聚光效果。采用窄的環(huán)面為制造安裝提供了較大便利，可以采用較輕的反射材料，減輕了裝置重量，降低了成本。
[0009]經(jīng)聚焦后的太陽光能夠用各種方式高效利用，一般的接收器為熱接收器和光伏電池，產(chǎn)生熱或者電能。該裝置需要相應的支架以及跟蹤系統(tǒng)，使得裝置能夠對準太陽光進行高效聚光。此外該裝置能夠進一步和二次聚光裝置耦合，進一步提高聚光能力以及能流密度分布的均勻性。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)勢:
[0011]1、本實用新型采用多個條形環(huán)狀反射環(huán)面進行反射聚光，可以根據(jù)接收器特性進行聚光性能設計，滿足不同接收器所需的聚光倍數(shù)，提高聚焦點的能流的均勻性，設計靈活。
[0012]2、本實用新型采用眾多反射環(huán)面聚光，接收器在聚光器的下方，方便支架設計以及接收器安裝布置，并減少了傳統(tǒng)安裝在聚光反射面上方帶來的入射光遮擋。
[0013]3、單片的環(huán)形聚光部件制造安裝比較方便，降低了整套裝置的成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是下聚光碟式菲涅爾反射聚光裝置示意圖；
[0015]圖2是單個條形環(huán)狀反射面示意圖；
[0016]圖3是多個條形環(huán)狀反射面過光軸截面的聚光示意圖；
[0017]圖4是中心設置菲涅爾透鏡聚光裝置過光軸截面示意圖；
[0018]圖5是本實用新型次級環(huán)形條狀反射面示意圖。
[0019]圖中序號的名稱為:1、軸線，2、入射光線，3條形環(huán)狀反射面內側的反射表面，4、條形環(huán)狀反射面，5、反射光線，6、接收器，7、菲涅爾透鏡，8、次級條形環(huán)狀反射面。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)結合附圖，對本實用新型做進一步說明。
[0021]如圖1-4所示，一種碟式菲涅爾反射聚光裝置包括反射鏡陣列和接收器6，所述的反射鏡陣列由數(shù)個按直徑大小排列的條形環(huán)狀反射面4組成，所述的條形環(huán)狀反射面4將入射到其上的光線2經(jīng)過反射匯聚到所述的接收器6上，所述的接收器6和入射光線2分別在所述的反射鏡陣列的兩側。
[0022]所述的條形環(huán)狀反射面內側3有光滑反射面，能夠有效反射入射到其表面的光線。
[0023]所述條形環(huán)狀反射面4過軸線I的平面所截的型線為直線、拋物線、圓弧、橢圓、雙曲線、高次曲線中的一種或者多種。
[0024]所述的接收器6為光伏發(fā)電裝置或者集熱裝置。
[0025]所述的接收器入口安裝二次聚光器，提高到達接收器的能量密度。
[0026]所述的條形環(huán)狀反射面4和接收器6安裝在雙軸跟蹤系統(tǒng)上，使得聚光器軸線正對太陽。如圖5所示，所述的條形環(huán)狀反射面4的內側有數(shù)個沿光軸方向排列的次級環(huán)形條狀反射面8。
[0027]所述的條形環(huán)狀反射面4所組成的反射鏡陣列的中間區(qū)域增設菲涅爾透鏡7，所述的菲涅爾透鏡7與光軸垂直，一部分入射光線2通過條形反射面4的反射聚焦到接收器6上，另一部分入射光線2經(jīng)過菲涅爾透鏡7的折射聚焦到接收器6上。
[0028]如圖1所示，沿光軸I入射的光線2，經(jīng)過條形環(huán)狀反射面4內側的反射表面3反射，反射光線5改變方向到達接收器6。圖2所示為單個的條形環(huán)狀反射面，軸線具有一定的寬度，內表面具有反光特性。反光表面型線可以為直線、圓弧、拋物線、橢圓形、雙曲線以及高次曲線等。每個不同位置的條形環(huán)狀反射面4根據(jù)其自身所在位置設計其表面具體型線以及沿軸線方向的寬度以及直徑大小，使得光線能夠反射到一定面積的接收器6上，并且使得相鄰的條形環(huán)狀反射面盡可能的減少遮擋，提高光學效率。圖3所示的是多個條形環(huán)狀反射面4組成的一個聚光器截面圖，落在每個條形環(huán)狀反射面上的光線都反射至接收器6上，使得接收器接受的能流密度大大提高，到達實際應用所需的要求。
[0029]改進方案1:當條形環(huán)狀反射面4直徑越來越小的時候，反射面切線斜率原來越大，使得條形環(huán)狀反射面面積較大，為節(jié)省材料，如圖在聚光器中間設置菲涅爾透鏡7，并使得其焦點剛好落在接收器6上，提高光能的利用率，也提高了接收器上的能流密度。
[0030]改進方案2:所述的條形環(huán)狀反射面4由更小的次級條形環(huán)狀反射面8組成，所述的次級條形環(huán)狀反射面8沿光軸方向排列。如圖5所示，條形環(huán)狀反射面分成更小的次級條形環(huán)狀反射面8，每個次級條形環(huán)狀反射面都將入射到其上的光線反射到接收器6上，因此次級條形環(huán)狀反射面8的反射面的型線可以用直線代替就能取得較好的聚光效果，而且整個條形環(huán)狀反射面成平板形狀，便于制造和安裝。
【主權項】
1.一種碟式菲涅爾反射聚光裝置，其特征在于包括反射鏡陣列、接收器(6)和菲涅爾透鏡(7)，所述的反射鏡陣列由數(shù)個按直徑大小排列的條形環(huán)狀反射面(4)組成，所述的菲涅爾透鏡(7)位于所述的由條形環(huán)狀反射面(4)組成的反射鏡陣列的中間，接收器(6)和入射光線(2)分別位于所述反射鏡陣列的兩側，一部分入射光線(2)通過條形反射面(4)的反射聚焦到接收器(6)上，另一部分入射光線(2)經(jīng)過菲涅爾透鏡(7)的折射聚焦到接收器(6)上。
【專利摘要】本實用新型涉及一種碟式菲涅爾反射聚光裝置，包括一系列不同半徑的條形環(huán)狀反射面和接收器。入射的光線經(jīng)過相應的條形環(huán)狀反射面的反射匯聚到光源另一側的接收器上。不同位置的條形環(huán)狀反射面將入射在其上的光線都反射匯聚到接收器上，提高了接收器上的能量密度，達到聚光的目的。根據(jù)實際應用，可以設計不同參數(shù)條形環(huán)狀反射面以到達所需要的聚光倍數(shù)。接收器和光源分別在聚光器兩側，提高了接收器布置的靈活性，并且條形環(huán)狀反射面中間有較多空隙，調高了裝置的抗風性。
【IPC分類】F24J2-10, H02S40-22, G02B19-00, F24J2-08
【公開號】CN204595314
【申請?zhí)枴緾N201520155896
【發(fā)明人】肖剛, 楊天鋒, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江, 王濤, 鄭成航
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年3月19日