一种平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法，根据所需设计复合抛物面聚光器CPC的出射光孔宽度和几何聚光比CG，其中入射光孔宽度计算出该CPC的高度H1、采光半角θ、抛物线的焦距以及最佳均匀面B1F1与出射光孔之间的距离进而确定CPC几何结构尺寸，根据该设计方法，不仅可以大大降低CPC的高度H1，而且可提升CPC聚光后在最佳均匀面B1F1上的光强均匀度，同时提升了CPC的经济性和聚光性。
【专利说明】一种平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低倍太阳能聚光光伏以及光伏光热综合利用【技术领域】，涉及线聚光且对称布置的平板接收型复合抛物面聚光器设计方法，尤其涉及一种平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法。
【背景技术】
[0002]美国学者Winston根据最大聚光原理发明了复合抛物面聚光器(CPC, CompoundParabolic Concentrator),早期用于高能物理试验中做射线检测，1974年开始尝试用于太阳能技术。CPC是一种根据边缘光学原理设计的非成像聚光器，这种聚光器的特点是，在CPC接收角范围内，对任意给定的接收角，可得到热力学上最大可能的聚光比。平板接收型CPC,由左右对称的两片抛物面组成，平板接收体布置在底部，一般用于聚光比10以下。由于CPC的非成像特性，只需做间隙性的跟踪调节甚至是季节性的跟踪调节，无需连续跟踪或精确跟踪。当聚光比在3以下时，可以固定布置，无需跟踪调节。另外，CPC不但能够接收直接太阳辐射，还能很好的接收散射辐射。
[0003]将CPC应用于低倍聚光光伏以及光伏光热综合利用领域，可以很好利用以上指出的CPC优势，然而，随着CPC聚光比的增加，CPC的高度也将显著增加，这将导致CPC经济性显著下降，增加CPC安装难度，因此，根据CPC的特点，对其进行截取，常规截取CPC采用截取比在2/3~1/2之间，认为是理想的，此设计方法虽然考虑到了 CPC经济性，却还是牺牲了 CPC的聚光比，且聚光后的光强均匀度无法得到保证，导致无法较好的应用于低倍聚光光伏以及光伏光热综合利用领域。综上，在低倍聚光光伏以及光伏光热综合利用领域中采用CPC，有必要对CPC的设计方法进行改进，使其在保证相同聚光比下，按照本发明方法设计的CPC既能获得更好的经济性，又能提升聚光后的光强均匀度，最终能够很好的适用于低倍聚光光伏以及光伏光热综合利用系统。
【发明内容】
[0004]针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种平板接收型复合抛物面聚光器(CPC)的设计方法，通过该设计方法，既能保证CPC的高度大大降低，又能提升CPC聚光后的光强均匀度。
[0005]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]包括以下步骤:
[0007]I)在平板接收型复合抛物面聚光器CPC的横切面建立xoy坐标系，CPC由以Y轴对称的抛物线:CBs C\F组成,其中，F为抛物线CB的焦点，F，为抛物线CB的顶点，W
为抛物线￡1的焦距， 点B、点F在X轴上，点C、点C1在X轴上方^F1为光线NB经抛物线上B点反射后的光线，点B1、点F1位于X轴下方，且对称设置于Y轴两侧，B1F1为CPC的最佳均匀面，此处安装平板接收体或者光伏电池；点G与点I分别为抛物线^@延长后的端点，直线IB与Y轴的夹角Θ为CPC的采光半角，H1为CPC的高度，@为CPC入射光孔的宽度，IF为CPC出射光孔的宽度，Ce为CPC几何聚光比；CPC出射光孔宽度JF与几何聚光
比Ce为已确定值，其中
【权利要求】
1.一种平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在平板接收型复合抛物面聚光器CPC的横切面建立XOy坐标系，设CPC的横切面由抛物线GB、 If组成，其中，F为抛物线CB的焦点，F，为抛物线CB的顶点，W为抛物线CB的焦距，点B、点F在X轴上，点C、点C1在X轴上方^F1为光线NB经抛物线上B点反射后的光线，点B1、点F1位于X轴下方，且对称设置于Y轴两侧，B1F1为CPC的最佳均匀面，此处安装平板接收体或者光伏电池；点G与点I分别为抛物线@、Cj-延长后的端点，直线IB与Y轴的夹角Θ为CPC的采光半角，H1 SCPC的高度，为CPC入射光孔的宽度，IF为CPC出射光孔的宽度，Ce为CPC几何聚光比；CPC出射光孔宽度W与几何聚光比Cg为已确定值，其中，
2.根据权利要求1所述的平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法，其特征在于，所述C点坐标(xc, yc)的参数表达式为:
3.根据权利要求2所述的平板接收型复合抛物面聚光器的设计方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为: a、由于ZA1CF ε Θ，根据直线茂夹角Θ与直线^斜率的关系，建立等式:
【文档编号】G02B19/00GK103941383SQ201410160640
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】魏进家, 谢胡凌, 高阳 申请人:西安交通大学