一种碟式菲涅尔反射聚光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能利用技术领域，是一种碟式菲涅尔反射聚光装置，能根据接收器的要求产生合适的聚焦能流。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种清洁量大的绿色能源，全球总辐射量约为1.7 X 117W,其中我国约占1% (1.8 X 115W,相当于1.9万亿吨标煤/年)，是我国目前年能耗总量的680倍。太阳能在未来能源中将占有重要的地位。
[0003]太阳能发电技术主要分为光伏发电和光热发电。光伏发电主要是利用光伏电池的光生伏打效应发电。由于太阳光能流密度低，单位发电容量所需的光伏电池板面积大，而光伏电池板制造过程能耗大，污染严重。因此利用聚光装置将能流密度低的太阳光聚集之后再投射到光伏电池上就可以降低电池的用量。相当于用价格相对较低廉的聚光材料代替光伏电池材料。光热发电主要是利用聚光反射镜将太阳光聚集起来，通过光热转化为工质的热能，再通过热力发动机来发电。同样的在为达到较高温度，太阳能热发电需要聚光装置。
[0004]传统的聚光器有菲涅尔透镜，槽式、碟式和塔式反射聚光装置。菲涅尔透镜采用透射材料，经过光线折射原理聚光。一般可以用光学塑料来制造，但是由于光学塑料的折射率的限制影响了聚光比的提高。若采用玻璃将使得系统的重量过大。此外由于材料的光学性能会随着时间而有较大幅度的衰减。反射聚光装置需要有精确的连续反射表面。当反射面增大时，给制造和安装带来较大的麻烦。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对接收器安装带来了较大困难。此外光伏和光热利用形式都要求接受器上有尽可能均匀的能流密度分布，而传统的聚光器并没有这种特性。
【发明内容】
[0005]为了克服传统聚光器的缺点，本实用新型提供了一种碟式菲涅尔反射聚光装置。
[0006]碟式菲涅尔反射聚光装置包括反射镜阵列、接收器和菲涅尔透镜，所述的反射镜阵列由数个按直径大小排列的条形环状反射面组成，所述的菲涅尔透镜位于所述的由条形环状反射面组成的反射镜阵列的中间，接收器和入射光线分别位于所述反射镜阵列的两侦牝一部分入射光线通过条形反射面的反射聚焦到接收器上，另一部分入射光线经过菲涅尔透镜的折射聚焦到接收器上。
[0007]此装置有一系列的条形环状反射面和接收器组成，入射到条形环状反射面上的太阳光经过反射之后，汇聚到设定的接收器上。不同的条形环状反射面将各自接受的太阳光反射至接收器上，形成聚焦光斑，提高了接收器上的能流密度。不同的条形环状反射面布置在适当的位置，避免一个反射环面对另一个反射环面的入射光或者反射光的遮挡。反射面的型线可以选择抛物线、椭圆、圆以及高次曲线等，在能保证聚光效果时，可以选择直线来代替曲面。此外单个聚光器可以由同种类型的曲线环面组成，也可以采用不同种曲线组合成。
[0008]本实用新型提供了一种改进的下聚光装置，产生符合接受器所要求的聚光。此装置结合了类似菲涅尔镜的局部聚光以及局部设计优化的思路，优化聚光效果。采用窄的环面为制造安装提供了较大便利，可以采用较轻的反射材料，减轻了装置重量，降低了成本。
[0009]经聚焦后的太阳光能够用各种方式高效利用，一般的接收器为热接收器和光伏电池，产生热或者电能。该装置需要相应的支架以及跟踪系统，使得装置能够对准太阳光进行高效聚光。此外该装置能够进一步和二次聚光装置耦合，进一步提高聚光能力以及能流密度分布的均匀性。
[0010]与现有技术相比，本实用新型具有以下优势:
[0011]1、本实用新型采用多个条形环状反射环面进行反射聚光，可以根据接收器特性进行聚光性能设计，满足不同接收器所需的聚光倍数，提高聚焦点的能流的均匀性，设计灵活。
[0012]2、本实用新型采用众多反射环面聚光，接收器在聚光器的下方，方便支架设计以及接收器安装布置，并减少了传统安装在聚光反射面上方带来的入射光遮挡。
[0013]3、单片的环形聚光部件制造安装比较方便，降低了整套装置的成本。
【附图说明】
[0014]图1是下聚光碟式菲涅尔反射聚光装置示意图；
[0015]图2是单个条形环状反射面示意图；
[0016]图3是多个条形环状反射面过光轴截面的聚光示意图；
[0017]图4是中心设置菲涅尔透镜聚光装置过光轴截面示意图；
[0018]图5是本实用新型次级环形条状反射面示意图。
[0019]图中序号的名称为:1、轴线，2、入射光线，3条形环状反射面内侧的反射表面，4、条形环状反射面，5、反射光线，6、接收器，7、菲涅尔透镜，8、次级条形环状反射面。
【具体实施方式】
[0020]现结合附图，对本实用新型做进一步说明。
[0021]如图1-4所示，一种碟式菲涅尔反射聚光装置包括反射镜阵列和接收器6，所述的反射镜阵列由数个按直径大小排列的条形环状反射面4组成，所述的条形环状反射面4将入射到其上的光线2经过反射汇聚到所述的接收器6上，所述的接收器6和入射光线2分别在所述的反射镜阵列的两侧。
[0022]所述的条形环状反射面内侧3有光滑反射面，能够有效反射入射到其表面的光线。
[0023]所述条形环状反射面4过轴线I的平面所截的型线为直线、抛物线、圆弧、椭圆、双曲线、高次曲线中的一种或者多种。
[0024]所述的接收器6为光伏发电装置或者集热装置。
[0025]所述的接收器入口安装二次聚光器，提高到达接收器的能量密度。
[0026]所述的条形环状反射面4和接收器6安装在双轴跟踪系统上，使得聚光器轴线正对太阳。如图5所示，所述的条形环状反射面4的内侧有数个沿光轴方向排列的次级环形条状反射面8。
[0027]所述的条形环状反射面4所组成的反射镜阵列的中间区域增设菲涅尔透镜7，所述的菲涅尔透镜7与光轴垂直，一部分入射光线2通过条形反射面4的反射聚焦到接收器6上，另一部分入射光线2经过菲涅尔透镜7的折射聚焦到接收器6上。
[0028]如图1所示，沿光轴I入射的光线2，经过条形环状反射面4内侧的反射表面3反射，反射光线5改变方向到达接收器6。图2所示为单个的条形环状反射面，轴线具有一定的宽度，内表面具有反光特性。反光表面型线可以为直线、圆弧、抛物线、椭圆形、双曲线以及高次曲线等。每个不同位置的条形环状反射面4根据其自身所在位置设计其表面具体型线以及沿轴线方向的宽度以及直径大小，使得光线能够反射到一定面积的接收器6上，并且使得相邻的条形环状反射面尽可能的减少遮挡，提高光学效率。图3所示的是多个条形环状反射面4组成的一个聚光器截面图，落在每个条形环状反射面上的光线都反射至接收器6上，使得接收器接受的能流密度大大提高，到达实际应用所需的要求。
[0029]改进方案1:当条形环状反射面4直径越来越小的时候，反射面切线斜率原来越大，使得条形环状反射面面积较大，为节省材料，如图在聚光器中间设置菲涅尔透镜7，并使得其焦点刚好落在接收器6上，提高光能的利用率，也提高了接收器上的能流密度。
[0030]改进方案2:所述的条形环状反射面4由更小的次级条形环状反射面8组成，所述的次级条形环状反射面8沿光轴方向排列。如图5所示，条形环状反射面分成更小的次级条形环状反射面8，每个次级条形环状反射面都将入射到其上的光线反射到接收器6上，因此次级条形环状反射面8的反射面的型线可以用直线代替就能取得较好的聚光效果，而且整个条形环状反射面成平板形状，便于制造和安装。
【主权项】
1.一种碟式菲涅尔反射聚光装置，其特征在于包括反射镜阵列、接收器(6)和菲涅尔透镜(7)，所述的反射镜阵列由数个按直径大小排列的条形环状反射面(4)组成，所述的菲涅尔透镜(7)位于所述的由条形环状反射面(4)组成的反射镜阵列的中间，接收器(6)和入射光线(2)分别位于所述反射镜阵列的两侧，一部分入射光线(2)通过条形反射面(4)的反射聚焦到接收器(6)上，另一部分入射光线(2)经过菲涅尔透镜(7)的折射聚焦到接收器(6)上。
【专利摘要】本实用新型涉及一种碟式菲涅尔反射聚光装置，包括一系列不同半径的条形环状反射面和接收器。入射的光线经过相应的条形环状反射面的反射汇聚到光源另一侧的接收器上。不同位置的条形环状反射面将入射在其上的光线都反射汇聚到接收器上，提高了接收器上的能量密度，达到聚光的目的。根据实际应用，可以设计不同参数条形环状反射面以到达所需要的聚光倍数。接收器和光源分别在聚光器两侧，提高了接收器布置的灵活性，并且条形环状反射面中间有较多空隙，调高了装置的抗风性。
【IPC分类】F24J2-10, H02S40-22, G02B19-00, F24J2-08
【公开号】CN204595314
【申请号】CN201520155896
【发明人】肖刚, 杨天锋, 倪明江, 骆仲泱, 高翔, 岑可法, 方梦祥, 周劲松, 施正伦, 程乐鸣, 王勤辉, 王树荣, 余春江, 王涛, 郑成航
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年3月19日