專利名稱：拋物柱折面形太陽能聚光器玻璃條寬度的配列方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋物柱折面形太陽能聚光器，特別涉及一種拋物柱折面形太陽能聚光器玻璃條寬的配列方法。
背景技術(shù)：
開發(fā)利用太陽能是解決人類能源危機的有效手段，目前各國對此均投入了大量的人力、物力進行了深入廣泛的研究。而研制具有實用價值的太陽能聚光器，實現(xiàn)低成本提高太陽能密度，則是促進太陽能廣泛應用的主要途徑之一(劉玉珩.光伏聚光技術(shù)新發(fā)展[J].太陽能，1999，(4)5-8.)。太陽能經(jīng)聚光后可廣泛應用在光-熱利用(發(fā)電、致冷)、光-伏發(fā)電等許多領(lǐng)域(楊智勇.聚光條件下太陽能光熱聯(lián)用途徑初探[M].21世紀太陽能新技術(shù)，2003490-492；Ben Son B.Acrylic solar energy reflecting film 3Mbrand ECP-224[M].propr solar Energy ASES，1993.)。目前拋物柱曲面形太陽能聚光器，通常由涂以保護層的拋物柱曲面鍍銀玻璃固定在支架上構(gòu)成，這種聚光器在實際中不能被廣泛應用，主要存在以下缺陷平面玻璃在專用模具中熱彎成拋物柱面后再鍍銀反射層所需專業(yè)工藝及設(shè)備，導致其加工成本大幅度增加；由于工作在惡劣的大自然環(huán)境中，盡管采用鍍銅保護層后再涂保護漆或用塑料將其鍍銀面進一步保護等措施，其銀反射層在一、二年內(nèi)仍會脫落而失去使用價值。實用新型專利02224631.2中是在拋物柱曲面形框架的槽內(nèi)依次并排連接有多個平面鍍銀雙層玻璃條，折面形拋物柱面太陽能聚光器(寧鐸等.家用太陽能聚光器自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計[J].西北輕工業(yè)學院學報，2002，20(2)59-62.)，從理論和實踐的結(jié)合上有效解決了常用的反射型拋物柱面聚光器在使用過程中一直存在的聚光不均勻、曲面加工費用高、壽命短三個問題，達到了提高太陽能密度的目的，但在實踐中發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品對于受光面為圓柱體時(如太陽能熱水管)，效果是最理想的；而對于受光面是平面的情形(如太陽能光伏電池板)，則隨著拋物面與水平面的夾角α的增大而使部分反射光位于受光面以外，從而導致聚光效率的下降，以光伏電池板作為受光面而言，將其平面改成折面也可以解決該問題，但又會給光伏電池板的密封工藝帶來很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保證聚光器所反射的光線全部處于受光平面內(nèi)，從而提高太陽能聚光器的效率的拋物柱折面形太陽能聚光器玻璃條寬的配列方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的配列方法為首先制造由兩條拋物線形狀槽鋼構(gòu)成的拋物柱曲面形框架1，在拋物柱曲面形框架1的槽內(nèi)依次并排連接有若干個平面鍍銀的雙層玻璃條2，其特征在于玻璃條2的寬度W由Wi＝(1-4i2a2L2)L確定，其中i＝1，2，3…n-1，α為拋物面與水平面的夾角為α，L為受光平面寬度。
由于本發(fā)明將構(gòu)成折面形拋物柱太陽能聚光器的玻璃條的寬度隨著拋物面與水平面的夾角α的增大而變窄，則能保證聚光器所反射的光線全部處于受光平面內(nèi)，從而達到最佳效果，提高太陽能聚光器的效率。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的B-B剖視圖；
圖4是本發(fā)明折線形拋物線的光路示意圖；圖5是本發(fā)明折面形拋物受光面的光路示意圖；圖6是本發(fā)明入射光線、反射光線及反射面間的角度關(guān)系。
具體實施例方式
參見圖1，2，3，本發(fā)明包括由兩條拋物線形狀槽鋼構(gòu)成的拋物柱曲面形框架1，在拋物柱曲面形框架1的槽內(nèi)依次并排連接有若干個平面鍍銀的雙層玻璃條2，參見圖4，由幾何定理可知，聚光區(qū)域的寬度L與線段P1C長度相等(平行線間的平行線段系相等)。如圖5所示，因?qū)τ谝粋€實際的折面形雙層鍍銀反射式拋物柱太陽能聚光器，為了獲得盡可能大的截面積，a值一般都很小，則ΔP1P2C為鈍角三角形(其中，∠P1P2C＞π/2)。于是以任意一個玻璃條寬度P1P2為邊的ΔP1P2C中，∠P1P2C≥∠P2CP1，所以玻璃條寬度W(即線段P1P2的長度)小于等于線段P1C的長度。若所有的玻璃條寬度都為W＝L，則當α＝0時，∠P1P2C＝∠P2CP1＝0，且W＝L成立(即線段P1P2與線段P1C重合)；但隨著拋物面與水平面的夾角α的增大，寬度為W的玻璃條(即線段P1P2)所反射光線的分布區(qū)域必然超出受光區(qū)QM以外。如果要保證任何時候反射光線必須分布在受光區(qū)QM以內(nèi)，則必須適當減小玻璃條的寬度。
參見圖6，α＝β＝γ，現(xiàn)設(shè)P1P2玻璃條寬度為W，受光平面寬度為L，玻璃條的個數(shù)為n，則P1C＝QM＝L，而在ΔP1CP2中，P1C＝L＝P1B+BC＝Wcosα+Wsinα×tan2α，所以有
W=Lsinαtan2α+cosα=Ltanα1+tan2α2tanα(1-tan2α)+11+tan2α]]>=L1+tan2α1+tan2α(1-tan2α)=1-tan2α1+tan2α×L]]>于是對每一個玻璃條，均有Wi=1-tan2ai1+tan2αi×L----(i=1,2,3Λn-1)----(1)]]>再結(jié)合圖4、圖5，任意一段折線(代表一個玻璃條)的直線方程為Yp1p2＝a(x1+x2)x-ax1x2(2)其中，a為拋物線方程y＝ax2中的常系數(shù)，x1x2為p1p2的投影長度，當i＝1時，x1=L2]]>x2=L2+W1cosα1=L2+1-tan2α11+tan2α1×L×11+tan2α1=L2+1-tan2α11+tan2α1×L]]>tanα1=a(x1+x2)=a(L2+L2+1-tan2α11+tan2α1×L)=aL(1+1-tan2α11+tan2α1)=2aL1+tan2α1]]>同樣，當i＝2時x2=L2+1-tan2α11+tan2α1×L]]>x3=x2+W2cosα2=L2+1-tan2α11+tan2α1×L+1-tan2α21+tan2α2×L]]>tgα2=a(x2+x3)=a(L2+1-tan2α11+tan2α1×L+L2+1-tan2α11+tan2α1×L+1-tan2α21+tan2α2×L)]]>=2aL(1-tan2α11+tan2α1+11+tan2α2)]]>同樣可得
tanα3=a(x3+x4)=a(L2×21-tan2α11+tan2α1L+21-tan2α21+tan2α2L+1-tan2α31+tan2α3L)]]>=2aL(1-tan2α11+tan2α1+1-tan2α21+tan2α2+11+tan2α3)]]>依次繼續(xù)下去，得tanαi=2aL(Σki-11-tan2αi1+tan2αk+11+tan2αi)----(3)]]>對于一個實際的折面形雙層鍍銀反射式拋物柱太陽能聚光器，為了獲得盡可能大的截面積，a值一般都很小，在我們的樣品中，取a＝0.0002，截面積為1200×2200mm2，即聚光器的拋物線斷面方程為y＝0.0002x2根據(jù)(1)式和(3)式，可得到tanα1≈2aL W1＝(1-4a2L2)Ltanα2≈4aL W2＝(1-16a2L2)Ltanα3≈6aL W3＝(1-36a2L2)L……∴tanαi≈2iaL (4)即反射太陽光積聚在寬度為Wi的聚光區(qū)域的玻璃條的寬度Wi＝(1-4i2a2L2)L (5)利用上面所推導出的公式(5)，可以很容易地計算出能保證將反射太陽光積聚在寬度為Wi的聚光區(qū)域的玻璃條的寬度。如第10個位置的玻璃條的寬度為W10＝(1-4×102×10-4×2×22×102×2)L＝(1-0.16)L＝0.84L依照此方法，對于受光面的寬度L＝100mm的折面形雙層鍍銀反射式拋物柱太陽能聚光器，則每個玻璃條的實際寬度如表1所示其中玻璃條在拋物線中的位置分別用i＝0、1、2、3…10等等來代表從中心向兩邊的順序，Wi表示放在不同位置的玻璃條的寬度。
表1 不同位置的玻璃條與其寬度的對照表

對于工業(yè)化生產(chǎn)及安裝來說，這種方法簡單易行先將鍍銀雙層反射玻璃依次分別批量地裁成各種規(guī)格寬度的玻璃條，并依次編上號碼，如0#、1#、2#、等，標識于玻璃背面，在安裝時按順序依次鑲?cè)霋佄镏壑?并注意兩邊對稱)即可。但對于一個1.2*2.4M2的折面形雙層鍍銀反射式拋物柱太陽能聚光器，相對于等寬玻璃條結(jié)構(gòu)，其聚光效率可提高8％。
權(quán)利要求
1.一種拋物柱折面形太陽能聚光器玻璃條寬度的配列方法，首先制造由兩條拋物線形狀槽鋼構(gòu)成的拋物柱曲面形框架[1]，在拋物柱曲面形框架[1]的槽內(nèi)依次并排連接有若干個平面鍍銀的雙層玻璃條[2]，其特征在于玻璃條[2]的寬度W由Wi＝(1-4i2a2L2)L確定，其中i＝1，2，3…n-1，α為拋物面與水平面的夾角為α，L為受光平面寬度。
全文摘要
一種拋物柱折面形太陽能聚光器玻璃條寬度的配列方法，當受光面是平面的情形，隨著拋物面與水平面的夾角α的增大將使部分反射光位于受光面以外，從而導致聚光效率的下降。本發(fā)明通過建立數(shù)學模型即根據(jù)W
文檔編號F24J2/14GK1560534SQ20041002590
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者寧鐸, 張振國, 鐸 寧 申請人:陜西科技大學