一种槽式均匀聚光反射镜系统的制作方法

本发明属于太阳能聚光光伏或光热技术领域，具体涉及一种槽式均匀聚光反射镜系统。

背景技术：

太阳能作为一种清洁的可再生能源，受到世界各国的重视，各大新能源企业都在积极的开发新的技术和工艺，以进一步提高太阳能的利用效率。太阳能光伏或光热技术是目前太阳能利用最主要的两大领域。其中太阳能光伏技术是利用光电转换效应将太阳能直接转换为电能；太阳能光热技术则是利用光热转换效应将太阳能转换为热能，或进一步再将热能转换为电能。相对于传统的光伏或光热技术，聚光光伏或光热技术具有更高的光电转换效率，更高的光热转换温度，因而聚光光伏或光热技术越来越受重视。

对于槽式聚光光伏或光热系统而言，传统的聚光系统大部分都采用单片抛物线形柱面反射聚光镜，这种单片的抛物线形柱面聚光方式能够达到很好的线聚光效果，但是其聚光属于线聚光，中心位置的聚光强度很强，远离中心位置的聚光强度急剧减弱，因而其聚光均匀性很差。聚光均匀性差意味着接收器的受光面上的光强分布不均匀，从而极大的影响光电或光热转换效率。

为了解决接收器受光面上聚光强度分布均匀性的问题，有人提出采用平面镜拼装的方式组成聚光反射镜面。这种方式能够在一定程度上解决聚光均匀性的问题，但是聚光倍数直接受到平面镜大小及数量的影响，要想达到较高的聚光倍数，则需要数量巨大的平面镜进行组装，这在具体施工过程中极大的增加了工程量，且由平面镜拼装而成的聚光镜系统其反射镜面的安装规则非常复杂，一旦平面镜在安装过程中有错位情况将很难调整，因此这种方式在实际的项目施工过程中实用性并不是很强。

因此，设计制备出具有均匀聚光效果，且聚光倍数可调，施工便利的槽式均匀聚光反射镜系统的问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明旨在解决反射型槽式聚光系统的聚光均匀性问题，确保有效聚光焦距、有效聚光倍数、有效聚光面积可调，且反射镜的加工工艺成熟便利，工程安装简单方便，从而有效的提高槽式聚光光伏或光热转换效率。本发明采用多块规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定排列方式组装出槽式均匀聚光反射镜系统。太阳光经过所述槽式均匀聚光反射镜系统聚焦在光伏或光热接收器的受光面，形成均匀的聚光光斑，并由光伏或光热接收器转换为电能或热能。所述均匀聚光光斑有利于光伏或光热接收器的吸收，从而极大的提高了光伏或光热转换效率。

为了达到上述目的，本发明将采用以下技术方案：

槽式均匀聚光反射镜系统由多块规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定的排列方式组装而成。

所述抛物线形柱面反射镜以光伏级超白玻璃为基底，加工成型后，在凸面镀制高反射率银膜、过度层、保护漆层等功能膜层形成最终的反射镜，其反射镜的使用周期必须大于25年；所述抛物线形柱面反射镜其加工工艺成熟，曲面形状可控，传统反射镜加工厂都可以根据需要生产。

所述抛物线形柱面反射镜的数量为5~50个，可以根据设计需要进行调整。

所述抛物线形柱面反射镜横切面所对应的抛物线方程为：

y=x²/2p（p>0）

其中抛物线的焦距为p/2，x的定义域为（-a/2，a/2）且a>0，并定义a为抛物线形柱面反射镜的开口宽度。

所述抛物线的焦距p/2的取值范围为1000~10000mm，可以根据设计需要进行调整。

所述抛物线形柱面反射镜的开口宽度a的取值范围为50~500mm，可以根据具体设计需要进行调整。所述抛物线形柱面反射镜的纵向长度为开口宽度a的0.5~5倍，可以根据具体设计需要进行调整，附图1为抛物线形柱面反射镜示意图。

所述槽式均匀聚光反射镜系统由多个规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定的排列方式组装而成，参考图2。所述特定的排列组装方式为：

（1）以半径为r的圆为参考，第一块抛物线形柱面反射镜100的纵向中点位置横切面所对应的抛物线顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。

（2）第二块抛物线形柱面反射镜200的一条纵向边201和第一块抛物线形柱面反射镜100的一条纵向边102重合，且第二块抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线的顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。第二块抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴和第一个抛物线形柱面反射镜100的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴之间形成夹角θ。

（3）第三块抛物线形柱面反射镜300的一条纵向边301和第二块抛物线形柱面反射镜200的一条纵向边202重合，且第三块抛物线形柱面反射镜300的纵向中点位置横切面所对应的抛物线的顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。第三块抛物线形柱面反射镜300的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴和第二个抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴之间形成相同的夹角θ。

按照步骤（2）（3）的方法类推，组装剩余数量的抛物线形柱面反射镜，最终形成槽式均匀聚光反射镜系统。

所述特定的排列方式中作为参考的圆的半径r与所述抛物线形柱面反射镜的焦距p/2相等，其取值范围为1000~10000mm，可以根据具体的设计需求进行调整。

按照以上技术方案制备的槽式均匀聚光反射镜系统的均匀聚光倍数的范围为5~40倍聚光，可以根据具体的需求进行有效调整。

参考图3，太阳光3经过所述槽式均匀聚光反射镜系统2反射聚集后，所形成的聚焦光线4在光伏或光热接收器受光面1上形成的聚光光斑的强度分布均匀，能有效的提高光伏或光热转换效率。

附图说明

图1抛物线形柱面反射镜示意图

图2槽式均匀聚光反射镜系统示意图

图3槽式均匀聚光反射镜系统聚光示意图

图4实施例一所对应的接收器受光面中线位置聚光强度分布示意图

图5实施例二所对应的接收器受光面中线位置聚光强度分布示意图

附图标记说明：100指第一块抛物线形柱面反射镜，101、102分别指抛物线形柱面反射镜100的两个纵向边，200指第二块抛物线形柱面反射镜，201、202分别指抛物线形柱面反射镜200的两个纵向边，300指第三块抛物线形柱面反射镜，301、302分别指抛物线形柱面反射镜300的两个纵向边，1指接收器，2指槽式均匀聚光反射镜系统，3指太阳光的入射光线，4指入射光线经槽式均匀聚光反射镜系统反射后的聚集光线。

具体实施方式

为了使本发明技术方案及实施效果更加清楚明了，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，以下描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

在本实施例中，槽式均匀聚光反射镜系统由多个规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定的排列方式组装而成。

所述抛物线形柱面反射镜以光伏级超白玻璃为基底，加工成型后，在凸面镀制高反射率银膜、过度层、保护漆层等功能膜层形成最终的反射镜，其反射镜的使用周期必须大于25年；所述抛物线形柱面反射镜加工工艺成熟，曲面形状可控，传统的反射镜加工厂都可以根据需要生产。附图1为抛物线形柱面反射镜的示意图。

所述抛物线形柱面反射镜的个数为7个。

所述抛物线形柱面反射镜横切面所对应的抛物线方程为：

y=x²/2p（p>0）

其中p的取值为8000mm，则抛物线的焦距p/2为4000mm，x的定义域为（-a/2，a/2）且a>0，并定义a为抛物线形柱面反射镜的开口宽度，所述抛物线形柱面反射镜的开口宽度a取值为300mm。

所述抛物线形柱面反射镜的纵向长度取值为400mm。

所述槽式均匀聚光反射镜系统由7块规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定的排列方式组装而成，参考图2。所述特定的排列组装方式为：

（1）以半径r为4000mm的圆为参考，第一块抛物线形柱面反射镜100的纵向中点位置横切面所对应的抛物线顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。

（2）第二块抛物线形柱面反射镜200的一条纵向边201和第一块抛物线形柱面反射镜100的一条纵向边102重合，且第二块抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线的顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。第二块抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴和第一个抛物线形柱面反射镜100的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴之间形成夹角θ为4.2度。

（3）第三块抛物线形柱面反射镜300的一条纵向边301和第二块抛物线形柱面反射镜200的一条纵向边202重合，且第三块抛物线形柱面反射镜300的纵向中点位置横切面所对应的抛物线的顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。第三块抛物线形柱面反射镜300的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴和第二个抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴之间形成相同的夹角θ为4.2度。

按照步骤（2）（3）的方法类推，组装剩余的4块抛物线形柱面反射镜，最终组装形成由7块抛物线形柱面反射镜构成的槽式均匀聚光反射镜系统。参考图3，太阳光3经过所述槽式均匀聚光反射镜系统2反射聚集后，所形成的聚焦光线4在光伏或光热接收器受光面1上形成强度分布均匀的聚光光斑。

在本实施例中，所述槽式均匀聚光反射镜系统的有效聚光焦距为2000mm，总开口宽度为2000mm，有效聚光面积为2000mm´400mm。

采用tracepro光学模拟软件对本实施例所述的槽式均匀聚光反射镜系统的聚光性能进行模拟计算。在具体的模拟计算过程中，所采用的光源为模拟太阳光的平行光，强度为1000w/m²，反射镜的反射率设定为93%。

通过光学模拟计算,得出了接收器受光面的聚光强度分布情况，图4为本实施例中接收器受光面中线位置聚光强度分布示意图。模拟计算结果显示，聚光光斑主要集中在面积为150mm´400mm矩形区域内，特别在矩形面积为90mm´400mm的中心聚集区域内，聚光光斑表现出极好的均匀性。参考图4，在聚光光斑中心聚集区域内，均匀聚光强度达到12000w/m²，相对于强度为1000w/m²的入射光，在聚光光斑中心聚集区域内的有效均匀聚光倍数为12倍。

实施例二：

在本实施例中，槽式均匀聚光反射镜系统由多个规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定的排列方式组装而成。

所述抛物线形柱面反射镜以光伏级超白玻璃为基底，加工成型后，在凸面镀制高反射率银膜、过度层、保护漆层等功能膜层形成最终的反射镜，其反射镜的使用周期必须大于25年；所述抛物线形柱面反射镜加工工艺成熟，曲面形状可控，传统的反射镜加工厂都可以根据需要生产。附图1为抛物线形柱面反射镜的示意图。

所述抛物线形柱面反射镜的个数为17个。

所述抛物线形柱面反射镜横切面所对应的抛物线方程为：

y=x²/2p（p>0）

其中p的取值为16000mm，则抛物线的焦距p/2为8000mm，x的定义域为（-a/2，a/2）且a>0，并定义a为抛物线形柱面反射镜的开口宽度，所述抛物线形柱面反射镜的开口宽度a取值为200mm。

所述抛物线形柱面反射镜的纵向长度取值为300mm。

所述槽式均匀聚光反射镜系统由17个规格相同的抛物线形柱面反射镜按照特定的排列方式组装而成，参考图2。所述特定的排列组装方式为：

（1）以半径r为8000mm的圆为参考，第一块抛物线形柱面反射镜100的纵向中点位置横切面所对应的抛物线顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。

（2）第二块抛物线形柱面反射镜200的一条纵向边201和第一块抛物线形柱面反射镜100的一条纵向边102重合，且第二块抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线的顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。第二块抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴和第一个抛物线形柱面反射镜100的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴之间形成夹角θ为1.4度。

（3）第三块抛物线形柱面反射镜300的一条纵向边301和第二块抛物线形柱面反射镜200的一条纵向边202重合，且第三块抛物线形柱面反射镜300的纵向中点位置横切面所对应的抛物线的顶点和圆重合，且抛物线的对称轴过圆心。第三块抛物线形柱面反射镜300的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴和第二个抛物线形柱面反射镜200的纵向中点位置横切面所对应的抛物线对称轴之间形成相同的夹角θ为1.4度。

按照步骤（2）（3）的方法类推，组装剩余的14块抛物线形柱面反射镜，最终组装形成由17块抛物线形柱面反射镜构成的槽式均匀聚光反射镜系统。参考图3，太阳光3经过所述槽式均匀聚光反射镜系统2反射聚集后，所形成的聚焦光线4在光伏或光热接收器受光面1上形成强度分布均匀的聚光光斑。

在本实施例中，所述槽式均匀聚光反射镜系统的有效聚光焦距为4000mm，总开口宽度为3350mm，有效聚光面积为3350mm´300mm。

采用tracepro光学模拟软件对本实施例所述的槽式均匀聚光反射镜系统的聚光性能进行模拟计算。在具体的模拟计算过程中，所采用的光源为模拟太阳光的平行光，强度为1000w/m²，反射镜的反射率设定为93%。

通过光学模拟计算,得出了接收器受光面的聚光强度分布情况，图5为本实施例中接收器受光面中线位置聚光强度分布示意图。模拟计算结果显示，聚光光斑主要集中在面积为100mm´300mm矩形区域内，特别在矩形面积为80mm´300mm的中心聚集区域内，聚光光斑表现出极好的均匀性。参考图5，在聚光光斑中心聚集区域内，均匀聚光强度达到31000w/m²，相对于强度为1000w/m²的入射光，在聚光光斑中心聚集区域内的有效均匀聚光倍数为31倍。