專利名稱：光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能利用中聚光過程所采用的聚光器，尤其是一種雙級復合拋物面反射鏡聚光器。
背景技術：
作為理想的可再生能源，太陽能具有“取之不盡，用之不竭”的特征。太陽能發(fā)電技術具有環(huán)保、安全、低成本等眾多技術優(yōu)勢，是世界各國未來能源戰(zhàn)略的重要著眼點。聚光光伏發(fā)電技術以其轉(zhuǎn)換效率高、成本低等優(yōu)勢，在各種太陽能光伏發(fā)電技術中備受矚目。 聚光器是聚光光伏系統(tǒng)的重要部件，設計高聚光性能的聚光器，是降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)總體成本的重要途徑之一，將有效改善光伏電池的電功率輸出性能?；谔柲芨咂肺?、低密度的特征，聚光光伏發(fā)電的主要技術問題是解決提高聚光比與降低跟蹤代價之間的矛盾。1996年美國芝加哥大學的Winston教授發(fā)明了復合拋物鏡聚光器(Compound Parabolic Concentrators :CPC)，對解決聚光光伏發(fā)電這一主要技術問題具有重要價值。如圖1所示，復合拋物鏡聚光器的主體部分是由兩塊豎立相對的軸對稱拋物反射板AC和BD構成，太陽光線由開口端(上端口 AB)進入聚光器，在兩側反射面的反射作用下，照射到吸收端(下端口 CD)上的光伏電池表面，進行光電轉(zhuǎn)換。工程實際中的應用表明，盡管這種聚光器在一定聚光比的前提下實現(xiàn)了太陽光線的跟蹤，但由于接收半角和聚光比之間存在一定的制約關系，該聚光器并沒有從根本上解決提高聚光比和降低跟蹤成本之間的矛盾，太陽光線的聚光或跟蹤效果沒有達到理想的狀態(tài)。雙級復合拋物鏡聚光器的發(fā)明，有效地提升了復合拋物面聚光技術的綜合性能。 以清華大學丑喬力等的發(fā)明(發(fā)明專利98101632. 4)為例進行說明，如圖2所示，系統(tǒng)的上級和下級分別采用了一對軸對稱的復合拋物鏡聚光器，其間采用菲涅耳反射鏡進行過渡連接。這種做法在一定程度上解決了單級復合拋物鏡提高聚光比和增加接收角范圍這兩個主要功能相互制約的矛盾，既提高了聚光器的效率，有降低了系統(tǒng)的成本。當然，雙級復合拋物鏡聚光器的應用過程中，也遇到了一些技術瓶頸。首先，上下兩級復合拋物鏡在連接上需要采取一些處理，如圖2所示的菲涅耳反射鏡過渡連接，這些做法在一定程度上使得太陽光線在反射過程中的發(fā)生了光輻射能量損失，降低了太陽能的綜合利用效果。其次，由于上級拋物鏡采用了對稱的拋物面結構，拋物面所接收的太陽光線需要滿足某一固定的角度范圍，然而，在眾多地區(qū)，由于季節(jié)的不同，太陽光線照射的角度不同，這就使得雙級復合拋物鏡聚光器的聚光效果因季節(jié)的差異而不同，難以在全年的時間范圍內(nèi)均發(fā)揮較好的聚光效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的雙級復合拋物鏡聚光器的光輻射能量損失較大、接收的光線受限于固定的角度范圍、難以在全年的時間范圍內(nèi)發(fā)揮較好的聚光效果的不足，本發(fā)明提供一種有效降低光輻射能量損失、接收的光線具有廣泛的角度范圍、具有良好的季節(jié)適應性的光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，包括上級拋物鏡和下級拋物鏡，所述下級拋物鏡由軸對稱式拋物面反射鏡構成，所述上級拋物鏡由非對稱式拋物面反射鏡構成，上級拋物鏡和下級拋物鏡的剖面拋物線主軸位于同一軸線位置，所述的上級拋物鏡的吸收端寬度和下級拋物鏡的開口端寬度相等，上級拋物鏡和下級拋物鏡之間采用平滑連接處理；所述上級拋物鏡包括左右兩側的拋物面，左右兩側的拋物面接收半角正弦值之比等于所在區(qū)域夏季和冬季的太陽輻射強度之比。進一步，所述上級拋物鏡中，左右非對稱的兩拋物面中接收半角較大者的正弦值范圍為0. 4 0. 6，上級拋物鏡的開口端尺寸為0. 5倍吸收端尺寸與兩接收半角余割值之和的乘積X = ^--(CSC^1 +CSC^2)其中，χ為上級拋物鏡的開口端尺寸，y為上級拋物鏡的吸收端尺寸，θ工和θ 2分別為兩拋物面的接收半角。更進一步，所述下級拋物鏡中，接收半角的正弦值范圍為1/5 1/3，開口端尺寸為吸收端尺寸與接收半角正弦值的比值。再進一步，所述平滑連接處理包括截短、平移和偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1，繼承了傳統(tǒng)雙級復合拋物面聚光器的技術優(yōu)勢，在上級拋物鏡廣泛接收太陽光線的基礎上，下級拋物鏡能夠有效地實現(xiàn)聚光；2，對太陽光線季節(jié)性差異具有較好的適應性，使聚光器在全年各時間段均能夠有效作業(yè)，獲得較好的聚光效果；3，太陽光線在兩級拋物鏡連接段的光損失較小，使上級拋物鏡接收的光線有效地反射至下級拋物鏡，提高了整體聚光器的綜合聚光效果。


圖1是現(xiàn)有復合拋物鏡聚光器的剖面示意圖。圖2是雙級復合拋物鏡聚光器的剖面示意圖。圖3是復合拋物面下級對應的拋物線特征的示意圖。圖4是復合拋物面上級左側對應的拋物線特征的示意圖。圖5是復合拋物面上級右側對應的拋物線特征的示意圖。圖6是拋物面截短處理示意圖。圖7是拋物面平移處理示意圖。圖8是拋物面偏轉(zhuǎn)處理示意圖。圖9是雙級非對稱復合拋物面二維圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖1 圖9，一種光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，包括上級拋物鏡和下級拋物鏡，所述下級拋物鏡由軸對稱式拋物面反射鏡構成，所述上級拋物鏡由非對稱式拋物面反射鏡構成，上級拋物鏡和下級拋物鏡的剖面拋物線主軸位于同一軸線位置，所述的上級拋物鏡的吸收端寬度和下級拋物鏡的開口端寬度相等，上級拋物鏡和下級拋物鏡之間采用平滑連接處理；所述上級拋物鏡包括左右兩側的拋物面，左右兩側的拋物面接收半角正弦值之比等于所在區(qū)域夏季和冬季的太陽輻射強度之比。所述上級拋物鏡中，左右非對稱的兩拋物面中接收半角較大者的正弦值范圍為 0. 4 0. 6，上級拋物鏡的開口端尺寸為0. 5倍吸收端尺寸與兩接收半角余割值之和的乘積
權利要求
1.一種光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，包括上級拋物鏡和下級拋物鏡，其特征在于所述下級拋物鏡由軸對稱式拋物面反射鏡構成，所述上級拋物鏡由非對稱式拋物面反射鏡構成，上級拋物鏡和下級拋物鏡的剖面拋物線主軸位于同一軸線位置，所述的上級拋物鏡的吸收端寬度和下級拋物鏡的開口端寬度相等，上級拋物鏡和下級拋物鏡之間采用平滑連接處理；所述上級拋物鏡包括左右兩側的拋物面，左右兩側的拋物面接收半角正弦值之比等于所在區(qū)域夏季和冬季的太陽輻射強度之比。
2.如權利要求1所述的光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，其特征在于所述上級拋物鏡中，左右非對稱的兩拋物面中接收半角較大者的正弦值范圍為 0. 4 0. 6，開口端尺寸為0. 5倍吸收端尺寸與兩接收半角余割值之和的乘積X = |.(CSC0 +CSC^2)其中，X為上級拋物鏡的開口端尺寸，y為上級拋物鏡的吸收端尺寸，Q1* θ2分別為兩拋物面的接收半角。
3.如權利要求1或2所述的光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，其特征在于所述下級拋物鏡中，接收半角的正弦值范圍為1/5 1/3，開口端尺寸為吸收端尺寸與接收半角正弦值的比值。
4.如權利要求1或2所述的光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，其特征在于所述平滑連接處理包括截短、平移和偏轉(zhuǎn)。
5.如權利要求3所述的光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，其特征在于所述平滑連接處理包括截短、平移和偏轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種光滑過渡連接的雙級非對稱復合拋物面反射鏡聚光器，包括上級拋物鏡和下級拋物鏡，所述下級拋物鏡由軸對稱式拋物面反射鏡構成，所述上級拋物鏡由非對稱式拋物面反射鏡構成，上級拋物鏡和下級拋物鏡的剖面拋物線主軸位于同一軸線位置，所述的上級拋物鏡的吸收端寬度和下級拋物鏡的開口端寬度相等，上級拋物鏡和下級拋物鏡之間采用平滑連接處理；所述上級拋物鏡包括左右兩側的拋物面，左右兩側的拋物面接收半角正弦值之比等于所在區(qū)域夏季和冬季的太陽輻射強度之比。本發(fā)明能有效降低光輻射能量損失、廣泛接收太陽光線、具有良好的季節(jié)適應性。
文檔編號G02B5/10GK102213825SQ201110130590
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者唐亞平, 李華, 林海浩, 鄧凱, 鐘英杰 申請人:浙江工業(yè)大學