专利名称：使用高次旋转曲面的非成像反射的太阳能聚光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能光伏装置中的聚光器，特别是涉及ー种使用高次旋转曲面的非成像反射的低成本、高效率的太阳能低倍及高倍聚光器。
背景技术：
高效率地利用太阳能进行光伏发电是解决世界能源问题的重大课题，由于太阳能是ー种低密度的能量，进行低倍聚光(2-20倍)或高倍聚光(20倍以上)是提高太阳能品质因素的方法之一。用于聚光光伏的聚光器有两种类型折射聚光器和反射聚光器；前者大多数使用透镜、光纤等；后者大多使用平面或曲面反射镜。在目前现代技术的框架内，折射聚光器的成本要高于反射聚光器，所以在成本是ー个重要因素的太阳能的运用中，许多作者花了相当的精力研究反射聚光器是可以理解的。在反射聚光器中，一般使用轴对称的两级聚光，包括中央开孔的具有旋转抛物面的一次反射镜，安装于该孔的光电器件形成的被聚光面和用于反射一次反射镜的反射光线的二次反射镜。按照传统光学的设计，一次反射镜及二次反射镜的形状皆使用旋转抛物面或它们的变形，如复合抛物面等。由于所讨论的聚光器的轴对称性，我们可以在ニ维空间中讨论这些设计，即以装置的侧视图进行讨论。使用传统光学即使用旋转抛物面的设计有下面几种方法I、如图I所示，二次反射镜的面积与被聚光面大致相同，一次反射镜的旋转抛物面与二次反射镜的旋转抛物面是同焦的，这样的设计可采用ニ维平面图示。在图I所示的设计中，一次反射镜I的反射面积是二次反射镜2反射面积的η倍，由于二次反射镜本身的阻挡，也由于一次反射镜开有内孔用于安装光电器件，此部分不能反射太阳光线，所以投射到二次反射曲面上的光照是不完整覆盖的，不完整覆盖的光照经具备有成像性能的二次反射镜再投射到被聚光面8上的光斑中心存在ー个光照盲区，此盲区的面积是
权利要求
1.一种轴对称的非成像反射的聚光器，包括中央开孔的具有旋转抛物面的一次反射镜，安装于该孔的光电器件形成的被聚光面和用于反射一次反射镜的反射光线的二次反射镜，其特征在于该二次反射镜为使用高次旋转曲面的非成像反射镜，其将二次反射光线以无盲区的完整覆盖的方式投射到被聚光面上。
2.根据权利要求I所述的聚光器，其特征是所述使用高次旋转曲面的非成像二次反射镜的曲面是由非成像聚光理论计算出的反射曲面。
3.根据权利要求I所述的聚光器，其特征是所述非成像二次反射镜的曲面是由高次多项式函数，包括一次函数、二次函数和三次函数曲线的线段绕中心轴旋转生成的曲面组成，此曲线可以用一般的多项式表示
4.根据权利要求I所述的聚光器，其特征是所述的非成像二次反射镜的曲面可以由一次函数曲线中截取合适的线段并绕一次反射镜的中心轴旋转而成，此曲线可以用下式表示 y = kx+入[X G (0, X0)](3) 其中k、A是待定系数或常数，线段起点为X方向原点位于中心轴上，Xtl为线段终点的X方向坐标，k、A的选择可以使所形成的二次反射面，将入射到该曲面上的不完整的一次反射光照以无盲区的完整覆盖的方式反射到被聚光面上。
5.根据权利要求I所述的聚光器，其特征是所述非成像二次反射镜的曲面可以由二次函数曲线中截取合适的线段并绕一次反射镜的中心轴旋转而成，此曲线可以用下式表示 其中10、a、r是待定常数，(_a，y0)是抛物线的顶点，r是抛物线的焦距，线段起点为x方向原点位于中心轴上，X0为线段终点的X方向坐标，y0, a, r的选择可以使所形成的二次反射面，将入射到该曲面上的不完整的一次反射光照以无盲区的完整覆盖的方式反射到被聚光面上。
6.根据权利要求I所述的聚光器，其特征是所述非成像二次反射镜的曲面可以由三次函数曲线中截取合适的线段并绕一次反射镜的中心轴旋转而成，此曲线可以用下式表示y = a + □ (x+ Y ) 3 [x G (0, X0)] (5) 其中a、口、Y是待定常数，(_Y，a)是三次曲线拐点的坐标□是曲线的曲率的量度，线段起点为X方向原点位于中心轴上，Xtl为线段终点的X方向坐标，a、口、Y的选择可以使所形成的二次反射面，将入射到该曲面上的不完整的一次反射光照以无盲区的完整覆盖的方式反射到被聚光面上。
7.根据权利要求3-6任一项所述的聚光器，其特征是曲线线段的截取原理为使曲线线段将从该线段的中心轴相对侧的一次反射镜同被聚光面的交界点发出的一次反射光线反射投射到被聚光面的中心点，而同时将从该线段的中心轴相对侧的一次反射镜的边缘点发出的一次反射光线反射到该线段的中心轴相同侧的一次反射镜同被聚光面的交界点。
8.根据权利要求3-6任一项所述的聚光器，其特征是曲线线段的截取原理为使曲线线段将从该线段的中心轴相对侧的一次反射镜同被聚光面的交界点发出的一次反射光线反射投射到该点，而同时将从该线段的中心轴相对侧的一次反射镜的边缘点发出的一次反射光线反射到该线段的中心轴相同侧的一次反射镜同被聚光面的交界点。
9.根据权利要求1-8任一项所述的聚光器，其特征是该聚光器为太阳能聚光器，该光电器件为聚光电池。
10.根据权利要求1-8任一项所述的聚光器，其特征是一次反射镜上设有高透射率的密封面，密封面中心部位设有非成像二次反射镜。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能光电聚光器，一种轴对称的非成像反射的聚光器，包括中央开孔的具有旋转抛物面的一次反射镜，安装于该孔的光电器件形成的被聚光面和用于反射一次反射镜的反射光线的使用高次旋转曲面制成的非成像二次反射镜，其将二次反射光线以无盲区的完整覆盖的方式投射到聚光面上。二次反射镜的曲面形状是由无光像聚光理论计算出的高次旋转曲面，它们是由高次多项式函数，包括一次函数、二次函数和三次函数曲线线段绕中心轴旋转生成。高次旋转反射镜是一种克服了传统的二次反射镜的会在被聚光面上产生盲区的缺点的新的光学器件，此聚光器可用于低倍(2倍-20倍)或高倍的太阳能聚光，具有无盲区、光照均匀、成本低，发电效率高的优点。
文档编号H01L31/052GK102809807SQ20121029714
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年7月18日
发明者陈应天 申请人:陈应天