一种基于cpc设计的两平面复合平面聚光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种基于复合抛物面聚光器(CPC)设计的每年只需调整四次倾角 的两平面复合平面聚光器，属于非跟踪低倍率太阳能聚光技术领域。
【背景技术】
[0002] -直W来，太阳电池成本较高是光伏系统在实际应用中大规模推广的阻力，太阳 电池作为光伏系统的主要元件，其高昂的造价，也使得光伏发电的成本居高不下。 Whitfield等人经研究发现，聚光太阳电池在高于正常太阳光福照的光强下其光电转化效 率比在自然太阳光福照的光强下的光电转化效率要高得多。由于太阳福射的密度较低，为 增强太阳福射强度，太阳能聚光技术由此应运而生，同时亦可W借助聚光技术来实现对太 阳能高溫领域的利用。另一方面，若输出功率相同，采用聚光系统的光伏系统所需的太阳电 池的数量要少于常规的光伏系统所需的太阳能电池的数量，运也降低了光伏发电的系统成 本。当前较为人们所熟悉和研究较多的几种太阳能聚光器有:槽式聚光器、碟式聚光器、塔 式聚光器、菲涅尔聚光器W及W复合抛物面聚光器(CPC)为代表的非成像聚光器。而前四种 聚光系统为跟踪式聚光系统，虽然有更高的聚光比，但是结构复杂，成本较高，难W维护且 跟踪系统会消耗一定的电能导致系统发电效率减小。而CPC不用跟踪，只需做季节性的倾角 调整即可达到很好的聚光效果，是比较理想的低倍聚光器。但是复合抛物面聚光器反射面 弧度难W制造，增加了成本，并且由于聚光器本身的光学性质，其汇聚在吸收体即太阳能电 池上的光通量并不均匀，运也降低了太阳电池的发电效率。针对运些缺陷，本专利中的两平 面复合平面聚光器，使用两组平面反射面代替复合抛物面反射面，通过计算及实验优化得 到最优化的尺寸结构，使得其年采光量达到相应理想聚光器的99.5%，而且改善了太阳电池 上的光通分布，使得光强分布更加均匀，从而提高了电池的发电效率，并且平面较抛物面更 易于制造，成本更低。
【发明内容】
[0003] 本实用新型旨在克服现有的CPC聚光器存在的一些不足，提出一种基于CPC设计的 两平面复合平面聚光器，该复合平面聚光器可达到优异的光学性能，并且可W较大程度的 降低制造难度，节约材料，还能大幅提高聚集到太阳电池板上的光的均匀程度，使得太阳电 池效率提高。
[0004] 本实用新型的技术方案为:一种基于CPC设计的两平面复合平面聚光器，由复合平 面聚光反射板（1)、太阳电池板(3)、支架(4)和玻璃盖板(2)组成。其特征在于:所述复合平 面聚光反射板（1)固定在支架(4)上，所述太阳电池板(3)设置在聚光器吸收体位置即聚光 器底部，且太阳电池板的受光面朝向聚光器的入口，所述玻璃盖板覆盖在所有聚光器的采 光面上方，两相邻反射板间非光路部分为中空，W便于通风散热;而设及光线通过的光路部 分应封闭，W减少灰尘进入;所述入射角（Θ)为太阳光线巧)与聚光器采光面的的法线(6)的 夹角。
[0005] 上述的复合平面聚光反射板（1)，基于复合抛物面聚光反射面设计，其特征在于： 复合平面聚光反射板（1)为图中实线，每个复合平面聚光反射板（1)具有两个平面反射面， CPC反射面(7)为图中虚线;CPC反射面(7)是一个抛物曲面，是所述复合平面聚光反射板(1) 的结构来源，但不是所述复合平面聚光反射面板（1)的结构;所述复合平面聚光反射板（1) 的上下端点(8、9)与对应的CPC反射面(7)的上下端点重合;所述复合平面聚光反射板(1)的 拐点（10)在对应的CPC反射面(7)上，其拐点（10)的临界角（瓦)应在70.7°~73°范围内。复 合平面聚光反射板(1)对应的CPC反射面(7)的方程为：
[0006]
[0007] 其中瑞为CPC反射面的接收半角，卑=巧2'~23')，并按。=(1.89~1.99)的聚光比截 短;所述鸟为CPC聚光器截短后的聚光比，即聚光器上开口的宽度与下方吸收体的宽度的比 值。
[0008] 上述的复合平面聚光器每年须调整倾角(β)至少四次，在每年的春分和秋分前后 22~24天调整其倾角(β)为当地地理维度(λ)，在其余日期的夏半年调整其倾角(β)为λ-22° (± 1°)，冬半年调整其倾角(β)为λ+22° ( ± 1° );其中λ为当地地理缔度;具体调整日期可根 据具体情况提前或延后。
[0009] 上述的复合平面聚光反射板可使用玻璃镜面或镜面不诱钢制成;玻璃盖板可采用 透射率高的超白玻璃或钢化玻璃；电池板采用聚光太阳电池;支架可采用其他形式，但都应 可W调节倾角。
[0010] 本实用新型的工作原理为:在对应日期调整好倾角后，太阳福射穿过玻璃盖板进 入复合平面聚光器的采光面，一部分直接照射到太阳电池板上，一部分经由复合平面聚光 反射板反射W后，到达太阳电池板上，入射到整个聚光器采光面上的绝大部分太阳福射直 接或经反射后被太阳电池板吸收，太阳电池板接收到的太阳福射能成倍增加，本实用新型 中的复合平面聚光器聚光比为1.89~1.99之间；太阳能电池发出的电能可经整流后储存在 蓄电池里，也可经逆变器后并网发电。
[0011] 本实用新型的有益效果是:经实验和计算，本实用新型中的复合平面聚光器有不 弱于现有的CPC聚光器的光学性能，并且太阳福射经复合平面聚光器汇聚到太阳电池板上 的光通量分布更加均匀，运在提高聚光太阳电池功率的同时可W有效提高聚光太阳能电池 的发电效率，经计算复合平面聚光器年采光量可达到对应的CPC聚光器的99.5%，而且复合 平面聚光器相对于CPC聚光器制造难度大为降低，并更加节约材料，降低了成本。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型系统结构图；
[0013] 图2是本实用新型实际应用中，左端反射板的制作形式图；
[0014] 图3是本实用新型实际应用中，中间部分反射板的制作形式图；
[0015] 图4是本实用新型实际应用中，右端反射板的制作形式图；
[0016] 图5是本实用新型两平面复合平面聚光器的反射板细节图。
[0017] 图中各标号：1-复合平面聚光反射板，2-玻璃盖板，3-太阳电池，4-可调倾角支架， 5-太阳光线，6-聚光器采光面的法线，7-对应的参考复合抛物面聚光器(CPC)反射面，8-复 合平面聚光反射板的上端点，9-复合平面聚光反射板的下端点，10-组成复合平面聚光反射 板的两反射平面的交点，Θ-太阳福射的入射角，β-聚光器的倾角，瑞-复合平面聚光反射面 两平面交点的的临界入射角。
【具体实施方式】
[0018] -种基于CPC设计的两平面复合平面聚光器，由复合平面聚光反射板（1 )、太阳电 池板(3)、支架(4)和玻璃盖板(2)组成;复合平面聚光反射面（1)固定在支架(4)上，支架(4) 可W调节倾角(β)，所述太阳电池板(3)设置在聚光器吸收体位置即聚光器底部，且太阳电 池板的受光面朝向聚光器的入口，所述玻璃盖板(2)覆盖在所有聚光器的采光面上，两相邻 反射面间非光路部分为中空，W便于通风散热;而设及光线通过的光路部分应封闭，W减少 灰尘进入。
[0019] 实施例1
[0020] -种基于CPC设计的两平面复合平面聚光器，在对应日期通过可调倾角支架(4)调 整好倾角后，太阳福射穿过玻璃盖板(2)投射到复合平面聚光器的采光面上，并且入射角在 接收半角范围内，部分太阳福射直接照射到太阳电池板(3)上，部分太阳福射照射到复合平 面聚光反射板（1)上，经反射到达太阳电池板(3)上，入射到整个聚光器采光面上的绝大部 分太阳福射直接或经反射后被太阳电池板吸收，太阳电池板接收到的太阳福射能成倍增 加，太阳电池板将太阳福射转化为电能，可经整流后储存在蓄电池里，也可经逆变器后并网 发电。
[0021] 实施例2
[0022] 所述复合平面聚光器可通过支架(4)每年调整倾角(β)四次，在每年的春分和秋分 前后22-24天调整其倾角(β)为λ，在其余日期的夏半年调整其倾角(β)为λ-22°(±1°)，冬半 年调整其倾角(的为λ+22° ( ± 1°);其中λ为当地地理缔度，具体调整日期可根据具体情况提 前或延后，从而保证太阳福射的入射角（Θ)始终在复合平面聚光器的接收半角内。
【主权项】
1. 一种基于CPC设计的两平面复合平面聚光器，由复合平面聚光反射板（1)、太阳电池 板(3)、支架(4)和玻璃盖板(2)组成;其特征在于:所述复合平面聚光反射板(1)固定在支架 (4)上，所述太阳电池板(3)设置在聚光器吸收体位置即聚光器底部，且太阳电池板的受光 面朝向聚光器的入口，所述玻璃盖板(2)覆盖在所有聚光器的入口上方，两相邻反射板间非 光路部分为中空，以便于通风散热；而涉及光线通过的光路部分应封闭，以减少灰尘进入； 入射角（Θ)为太阳光线(5)与聚光器采光面的的法线(6)的夹角。2. 根据权利要求1所述的两平面复合平面聚光器，其复合平面聚光反射板（1)基于复合 抛物面聚光器的反射面(7)设计，其特征在于:每个复合平面聚光反射板（1)具有两个平面 反射面;反射面(7)是一个抛物曲面，是所述复合平面聚光反射板(1)的结构来源;所述复合 平面聚光反射板（1)的上下端点（8、9)与对应的反射面(7)的上下端点重合;所述复合平面 聚光反射板（1)的拐点（1 〇 )在对应的反射面(7 )上，其拐点（10 )的临界角(?)在70.7°~73° 范围内；在直角坐标系中，单体复合平面聚光反射板(1)对应的反射面(7)的方程为：其中反射面的接收半角，C=(2Z~23°)，并按Ct=( 1.89~1.99)的聚光比截短，所述G；为CPC聚光器截短后的聚光比，即聚光器上开口的宽度与下方吸收体的宽度的比值。3. 根据权利要求1所述的两平面复合平面聚光器，还包含有倾角β，每年须调整倾角(β) 至少四次，其特征在于:倾角(β)为作为吸收体的太阳电池板(3)与水平面的夹角;在每年的 春分和秋分前后22~24天调整其倾角(β)为当地地理维度，在其余日期的夏半年调整其倾角 (β)为当地地理炜度-22° ( ± 1°)，冬半年调整其倾角(β)为当地地理炜度+22° ( ± 1°)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于CPC设计的两平面复合平面聚光器,由复合平面聚光反射板、太阳电池板、支架和玻璃盖板组成；每组复合平面聚光器包含两片复合平面反射板，每片复合平面聚光反射板由两组平面构成；该复合平面聚光器仅需每年调整4次倾角即可获得优异的光学性能，相对于CPC聚光器，复合平面聚光器汇聚到太阳电池板上的太阳辐射更加均匀，这有效提高了太阳电池的发电效率，且复合平面聚光器加工制作简单，成本也更低。本技术属于非跟踪低倍太阳能聚光技术领域。
【IPC分类】H02S40/22, G02B19/00
【公开号】CN205123673
【申请号】CN201520919982
【发明人】唐润生, 张启超, 唐凤, 袁俊宝, 李啸宇
【申请人】云南师范大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月18日