专利名称：一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器的制作方法
技术领域：
涉及一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器。
背景技术：
随着太阳能光电事业的发展，聚光业越来越得以发展和重视。已有的聚光技术比如复合平面聚光器中申请号2009100016672复合平面聚光器介绍了一种复合平面槽式聚光器能够形成均匀聚光，利于电池发电，但是申请中体现的是仅仅中聚焦面(图2)和下聚焦面方式(图1)，下聚焦面方式在实际应用中聚光倍率较低或者即使做到较大聚光倍数就会 相应使用更多的聚光反射镜材料，不仅使用的材料增多增加了基础费用，并且体积变得笨大难以控制运行，其原理就像深槽式抛物面，对比与浅槽式抛物面就失去了聚光本身提高效率和降低成本的意义。且其只对下聚光和中间聚光有所陈述，并未对上聚光方式作出说明，并且从权利要求的角度看聚光平面与平面镜的角度在45° -135° (原文90°至135°或者45°到90° )变化，其中并不包括涉及0°至45°的内容，也不涉135° -180°的内容，但后述角度内容正是高倍相对低成本聚光所需要的，但是作为高倍聚光的上聚焦方式并没有陈述和表述，事实上，均匀高倍聚光的复合平面槽式聚光器更有利于电池板的高效低成本发电，但是作者并没有陈述，也没有理由和证据证明作者想到这一点。同时均匀聚光往往被人们忽视。那么聚光光伏发电为什么需要均匀聚光？可以这么认为1) 生产实践经验可以总结在一倍光照光伏发电领域需要均匀光照，否则造成热岛效应，比如树叶鸟粪的阻挡会失去光照均匀，最终造成影响发电效果或造成光电池板的损坏。聚光光伏发电和一倍可光照发电的区别是光照强度随聚光比增加，因此聚光光伏发电需要的光照条件只能比一倍光照光伏发电更苛刻，因此从实践证明和推论，聚光光伏发电必然需要光照均匀的这个条件，否则同样会造成热岛效应或更容易在极端条件下损坏电池。2)理论分析电池板的结构是由许多半导体PN结串联或并联构成的，聚光电池板尽管使用材料有区别，但同样需要N个半导体串联或并联，PN结在光照的情况下会产生光电效应并产生一定的电流和电压，其中电流的大小与光照强度成正比，电压会随光电池内阻而变化,而光电池内阻随PN结的温度变化而变化，光电池的电压必然随电池板PN结的温度变化而变化。其中温度变化有内因和外因，内因是电流增大导致内电阻发热，根据焦耳定律，发热量与电阻成正比、与电流的平方成正比，所以对于电池板来说光照强的部位电流高的同时发热量必然增高，发热高的地方电阻又同时增大，电阻增大又导致发热量增高，形成恶性循环。且电压伴随电阻升高而升高，局部电压升高导致电池板内部各并联PN结之间的内部环流或者说是涡流，环流和涡流进一步增加电池板内部的局部温度，进一步造成不平衡，这样又造成恶性循环。因此引起电池板温度变化的内因取决于光照强度、电流强度、内电阻这些参数，其中光照强度是首要因素。至于外因条件取决于外部的散热条件，但如果内因条件得不到解决，即使利用良好的热力学知识也无法完美实现电池板内部等温、等电压、等电流、等电阻的内因问题。所以，解决聚光电池的完美使用的首要条件是聚光均匀。其次是散热条件。否则，不仅影响电池板正常使用，并且在极限条件下损坏电池，如果现在通过实验还没有显示“均匀聚光”对聚光电池的重要性，也必将在未来达成需要“聚光均匀”的共识。第二个问题什么样的反射装置能够实现太阳光线的均匀聚光？
1)实现均匀聚光的条件要做到电池板平面内的均匀聚光，必须是聚光设备的反射光在空间部位的某个区域的固定部位来实现，比如对抛物面反射来说这个固定位置(聚光焦面)位于抛物面焦点的下方且与对称轴垂直的平面。从平面几何图形的反射光线来分析，在一个平面内并不是所有的反射光线能够实现均匀反射，能够在平面内对平行光线实现均匀反射的有直线线段(假定这条直线线段具有反射能力)，与直线线段平行的一侧任意位置的直线可以接受到均匀反射光；还有一种是抛物线，在一个平面内抛物线可以把平行反射光聚集为一个焦点，当抛物线正对平行光且能够进行反射时，则在这个平面内与抛物线对称轴垂直的直线可以接受到均匀反射光。其他图形如圆、双曲线、异型曲线等都无法实现均匀聚光。以上假设是在平面内针对平行光反射而言，若是针对太阳光的近似平行光，还要区别对待，以下继续分析
2)能够实现平行光均匀聚光的设备实用的反射光设备是立体设备而不是平面反射设备，但立体结构的设备与上述的平面几何图形内假定形成的反射息息相关。立体聚光设备的聚光焦点部位就是无数直线反射光或无数平面抛物线反射光的集合，同时这个设备又要满足反射“平行光”这个条件，因此，抛物线或者直线只能在一个平面内延伸或以“平行光”的中心线为轴线、以几何图形“圆”的轨迹来旋转形成反射面，抛物线以轴线为中心线并以圆轨迹旋转成抛物面，抛物线沿平面延伸成槽式抛物面；直线(假定具有反射能力)沿平面延伸成平面镜，直线以平行光方向的中心线为轴线并以圆轨迹旋转形成等腰梯形形状的类似圆台的反射面，当这个梯形内角为90°时，梯形变为矩形，圆台变为圆柱，不过圆台和圆柱都是空心的，我们通常称为“桶”。因此，能够实现均匀聚光的设备有四种1，具有焦点的抛物面聚光设备；2，槽式抛物面(具有焦线)聚光设备；3，平面镜；4类似圆台的筒状反射面。3)把太阳光直射光变为平面聚光的抛物面设备太阳光直射光不能完全满足“平行光”的条件，由于太阳张角的影响，太阳光有一个偏移角度，我们平时用的抛物面反射光都是把太阳光看做近似平行光，这样槽式抛物面即使在抛物面焦点下方，由于对称轴作为光线的聚焦中心能够对偏移光线实现“重叠”作用，就是中心部位的光照强度是周围光照强度的两倍。这样会导致太阳张角范围内的中心区域光照增强，所以无法实现均匀聚光。同时，还有一个更重要的因素是散射光，由于大气的散射作用，散射光在太阳直射光内占的比例较大，有人测定是15%，这样由于散射光在平行光的两侧，类似并超过太阳张角的影响，会在对称轴周围形成光线的偏移，且偏移角度较大，这样客观上抛物面类聚光器在现实应用领域里无法实现“均匀聚焦”或形成一个均匀的聚光面。因此，对满足电池板的“均匀聚光”的这个需求来说，或同时简化制作成本，只有平面镜和圆台反射面能够实现均匀聚光，而槽式平面反射镜可以认为是平面镜的组合。
发明内容
针对以上技术存在的均匀聚光或低倍聚光和问题，提出以下技术解决方案。
本申请涉及一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器，包括平面反射镜、平面受光部件、机械支撑机构、一维跟踪和控制部件，其特征是用五十至N块平面镜以一定角度连续折弯或结合形成槽式聚光系统，其中平面镜的大小和折弯角度是以某个具体的抛物线上的固定间断取值即变量X的取值作为聚光面的宽度，与X的取值相应的Y值形成一系列的坐标点，相邻坐标点的连线就是平面镜的宽度，相邻线段的弯曲角度就是平面镜的弯曲角度，由上述抛物线上的取点的连线形成的连续折线沿垂直于折线平面的方向延伸，就形成整体平面镜的综合长度，或多个平面镜的长度组合成这个长度，其中平面反射镜与平面受光部件的夹角在0-45度或135-180度之间，即平面受光部件位于复合平面槽式聚光器的上部，其多块平面反射镜的反射光在平面受光部件部位形成“面聚焦”，聚光倍数大于等于50倍，所述平面受光部件是指光接收部件 为平面的光接收体，所述“面聚焦”是指反射光均匀聚焦在一个平面内，所述五十至N块平面镜是指复合平面聚光器的横截面的折线段大于等于五十，所述抛物线上的固定间断取值即变量X是大于等于IOmm的数值，复合平面槽式聚光器类同槽式抛物面聚光器进行一维跟踪。此方式可以形成稳定的平面镜均匀聚光，制作简便精确，节省材料，降低成本，利于聚光光伏发电。
附图附图I为聚光均匀的复合平面槽式聚光器反射面的横切面示意图。其中线段AB、BC、⑶、DE、EF、为连续线段，AG为抛物线的对称轴，G为焦点。
具体实施例方式结合附图进行一下说明图I为一个制作实例，线段AB、BC、⑶、DE、EF、为连续线段，AG为抛物线的对称轴,G为焦点。根据抛物线方程x2=2py 设p=100mm即焦距F=50mm即 AG=SOmm
则当 X=IOmm 时 y=0.5_ x=20mm 时 y=2. Omm x=30mm 时 y=4. 5mm x=40mm 时 y=8. Omm x=50mm 时 y=12. 5mm x=60mm 时 y=18. Omm x=70mm 时 y=24. 5mm x=80mm 时 y=32. Omm X=QOmm 时 y=40. 5mm X=IOOmm 时 y=50. Omm
取 A (0,0)、B (20，2)、C (40，8)、D (60，18)、E (80，32)做成线段 AB、BC、CD、DE、EF，将
其依次相连与另一侧的对称线段形成连续折线，连续折线沿其平面延伸即可形成复合平面槽式反射镜，当此复合平面对准阳光时准确聚焦时，焦面宽度为10mm。注意的是为了叙述方便，本图是简易示意图，本图的连续线段不足50条，而本技术方案的线段数量大于等于50条。同时，当反射镜数目增多时，焦距也会相应增大，即改变P值，比如可取焦距等于IOOOmm或更大，这属于常用技术手段，由于实际尺寸和纸上画图存在比例，本示意图也可以把尺寸扩大10倍或更大倍数去理解。这样做的目的就是看清楚反射面与焦面位置的关系，使得反射镜从直观上更为“扁平”，所用聚光材料就会相对较少，达到本技术方案的目的。平面受光部件位于G点，其平面与对称轴AG垂直。平面受光部件的受光部分的宽度接近X或等于X的取值。聚光倍数是X取值的个数减一，加上对称面就是X取值的个数减I后再X 2，聚光倍数的公式可总结为聚光倍数=(X取值的个数-I) X2。
长度根据需要灵活设定，槽式平面镜越长越有利于节约。可以组合形成较长的长度。和抛物面槽式一样进行一维跟踪，即所有的组合平面镜作为一个连接的整体，东西放置或南北放置后跟踪阳光转动，沿长度为东西方向放置的，转动角度为太阳仰角角度变化；沿南北方向放置的，转动角度为。机械连接机构以A点为转动轴旋转跟踪。
权利要求
1.一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器，包括平面反射镜、平面受光部件、机械支撑机构、一维跟踪和控制部件，其特征是用五十至N块平面镜以一定角度连续折弯或结合形成槽式聚光系统，其中平面镜的大小和折弯角度是以某个具体的抛物线上的固定间断取值即变量X的取值作为聚光面的宽度，与X的取值相应的Y值形成一系列的坐标点，相邻坐标点的连线就是平面镜的宽度，相邻线段的弯曲角度就是平面镜的弯曲角度，由上述抛物线上的取点的连线形成的连续折线沿垂直于折线平面的方向延伸，就形成整体平面镜的综合长度，或多个平面镜的长度组合成这个长度，其中平面反射镜与平面受光部件的夹角在0-45度或135-180度之间，即平面受光部件位于复合平面槽式聚光器的上部，其多块平面反射镜的反射光在平面受光部件部位形成“面聚焦”，聚光倍数大于等于50倍，所述平面受光部件是指光接收部件为平面的光接收体，所述“面聚焦”是指反射光均匀聚焦在一个平面内，所述五十至N块平面镜是指复合平面聚光器的横截面的折线段大于等于五十，所述抛物线上的固定间断取值即变量X是大于等于IOmm的数值，复合平面槽式聚光器类同槽式抛物面聚光器进行一维跟踪。
全文摘要
本申请涉及一种高聚光倍数聚光均匀的复合平面槽式聚光器，主要解决高倍槽式复合平面均匀聚光的问题。方案包括平面反射镜、平面受光部件、机械支撑机构、一维跟踪和控制部件，其特征是用五十至N块平面镜以一定角度连续折弯或结合形成槽式聚光系统，其中平面反射镜与平面受光部件的夹角在0-45度或135-180度之间，即平面受光部件位于复合平面槽式聚光器的上部，其多块平面反射镜的反射光在平面受光部件部位形成“面聚焦”，聚光倍数大于等于50倍，复合平面槽式聚光器类同槽式抛物面聚光器进行一维跟踪。此方式可以形成稳定的平面镜均匀聚光，制作简便精确，节省材料，降低成本，利于聚光光伏发电。
文档编号G02B19/00GK102636869SQ20121012521
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者冯益安 申请人:冯益安