专利名称：一种反射式聚光阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚光阵列，具体讲是一种由一系列镜子组成的太阳能反射式聚 光阵列，属于太阳能聚光技术领域。
背景技术：
太阳能聚光是指通过一种特制的镜面，利用光线折射、反射和直射的合理安排，将 光线聚集起来产生高强度的光能，在聚光目标上往往会伴随产生高温。然后再通过光电半 导体或热机等方式来转换能量形式，例如发电。目前通过聚光产生高温再应用到各种场合 的为多数，比如用来提升水的温度，高级应用如工业上的将聚光产生的高温来熔化各种物 体。目前国内外市场上多用复合抛物面来进行聚光，其优点在于聚光效率比较高，参 数的设计也比较容易、成熟，且在特殊场合、在低倍聚光时不用进行跟踪，如山东皇明太阳 能有限公司申请的03277088号专利，就是公开了“一种复合抛物面聚光集热器”；福建省三 明市聚光太阳能有限公司的95220017号专利，也公开了 “一种非对称复合抛物面聚光集热 器，”均出于上述原理。一般来讲，复合抛物面的反射面的加工精度要求非常高，且反射镜面 积也相对偏大，制造成本高。多块平面镜反射聚光阵列目前也有应用，如高倍聚光塔，“河海大学机电工程学 院”于2008年在第11期《太阳能》期刊上发表的《塔式太阳能热发电技术进展及在我国的 应用前景》(分类号TM615)就是讲述了“将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温， 加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而 将太阳能转换为电能。”说明该技术能够有效地将阳光高倍聚焦，然后引用到发电场合。但 不可否认的是，该系统在跟踪时镜子转动可能会相互遮挡阳光，因此聚光阵列中的平面镜 往往稀疏排列，从而使得阳光的利用率偏低，同时，其阵列铺设时的占地面积也相应地需要 非常大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种太阳光利用率高、结构简单、制造容易且 占用空间较小的太阳能反射式聚光阵列。为解决上述技术问题，本发明提供的太阳能反射式聚光阵列，由一系列可转动的 镜子、若干转动机构、控制芯片、电机及聚光目标等部件组成，将阳光有效地聚集到二个或 更多的聚光目标上。所述的镜子呈V型，由两面细长的镜子组成，其镜面可以是平面，或者 也可以设计成弧面；其长度和宽度可按照功能要求灵活定制，并且，该V型镜两面镜子的夹 角等于镜面与两聚光目标形成的夹角的1/2的余角，其原理符合下式
式中，β为V型镜的夹角，α为两聚光目标到V型镜面所形成的夹角。作为进一步发明点，其V型镜阵列的排列方式可以是呈直线状排列方式，也可以是呈非直线状排列方式。当以简单的直线状排列的时候，该阵列内的V型镜之间，其各自的 夹角按上述公式会各不相同，可达到非常理想的聚光效果；当呈特定的非直线状排列的时 候，该阵列内的V型镜的夹角按上述公式可以做到全部相等，同样可以达到非常理想的聚 光效果。一种比较容易实现的方式是采用一种圆弧型阵列的排列方式，其原理符合下式
式中，R为排列阵列圆弧半径，a为两相邻聚光目标中心之间距离的一半，b为聚光目标 中心到其同侧圆弧顶点的距离。聚光目标和镜子都是有限大小，因此V型镜的夹角、排列位置、及下面提到的跟踪 精度在设计和制造过程中都可以有一定的误差范围，不影响其聚光效果。作为进一步发明点，在阵列呈直线状排列或是呈非直线状排列时，阵列的第一部 分和最后一部分镜子可以是普通的平面镜，不必一定要用V型镜。作为进一步的发明点，该V型镜阵列中的每个镜子是在一系列转动部件的带动 下，始终围绕自己的轴心，以特定的、相同的转速转动，其转动规律为速度始终保持是太阳 移动角速度的一半。为实施方便起见，可以将V型镜的转动轴设置成与地球自转轴同向，则 其转动的速度同时也是地球自转速度的一半，并且与地球自转的转向呈相反的状态。V型镜子阵列以上述的方式转动，可以将太阳光反射聚集到两个固定的聚光目标 上，表现为所有V型镜的左半部分的镜子阳光反射到右边的聚光目标，产生聚光效果；所 有V型镜的右半部分的镜子将阳光反射到左边的聚光目标，产生聚光效果。左右光路互不 遮挡。重复排列V型镜子阵列和聚光目标可将太阳光反射交错聚集到多个聚光目标上。所述的聚光目标可以是一种长条形管状物体，也可以是其类似形状物体，其位置 位于V型镜阵列与太阳之间，处于与地面相对固定的状态。所述的一系列转动部件的一个容易实施的方式可以是齿轮和同步带装置，也可以 是其它能实现镜子按照上述要求转动的机械转动部件，一般可简单地用一个电机提供其动 力。为了减少环境因素对V型镜阵列的影响，所述的V型镜阵列可以安装在玻璃箱子 内，也可以是安装在其它对太阳光线不会形成阻拦的透明箱子内。所述的控制芯片可以是事先编制好相应控制程序的单片机，该单片机也可以进一 步接收来自太阳位置感应器的信号输入。采用上述技术措施后，本发明与之前的结构相比，具有以下的优点V型镜阵列按 照事先运算、设计好的方式转动，可以始终保持最佳的阳光入射角度，同时保持反射到聚光 目标的最佳角度，最终保证了聚光目标能产生较高的阳光强度，往往同时伴随产生较高的 温度。重要的是由于V型镜结构的设计，其阵列左右光路互不遮挡，V型镜之间的间隙很小 甚至可以没有间隔，阳光的利用率比较高，因此该阵列占地空间也比较小。其结构简单，安 装容易，适合不同场地的安装，太阳能综合利用的效果比复合抛物面聚光阵列要好，因为多 个复合抛物面聚光装置安装在一起必须考虑间隔，而本发明所涉及的阵列之间可以没有间 隔。同时，较之复合抛物面的聚光方法，聚光镜制作简单，使用材料面积小，其成本也显得更 加低廉。
图1所示的是本发明中V型镜在初始位置阳光入射及反射的示意图。图中，阳光1 入射到V型镜表面，再由V型镜反射到聚光目标10和20上。图2所示的是本发明中V型镜由初始位置转动一定角度后，阳光入射及反射的 示意图。图中，阳光1入射到V型镜表面，再由V型镜反射到聚光目标10和20上。图3所示的是本发明中当V型镜的二面镜子不是平面镜而是呈圆弧型时，阳光 入射及反射的示意图，镜子本身有一定的聚光功能。图4所示的是本发明中数面V型镜安装在一起时，阳光入射及反射的示意图。图5所示的是本发明中V型镜的三维外观结构图。图6所示的是本发明中V型镜中的转动轴最佳位置示意图。图7所示的是本发明中V型镜阵列第一部分和最后一部分镜子呈平面镜形状时的 结构示意图。图8所示的是本发明中V型镜呈直线排列时，镜子和聚光目标的位置结构示意图。图9所示的是本发明中V型镜呈非直线排列时，镜子和聚光目标的位置结构示意 图。图10所示的是本发明中V型镜呈圆弧状排列时，镜子和聚光目标的位置结构示意 图。其中1、入射阳光；2、未转时的V型镜；3、转动后的V型镜；4、圆弧面V型镜；5、 多面V型镜组合；6、V型镜结构；7、转动轴；8、平面镜；10、20、聚光目标。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明，对本发明不构成任 何限制。太阳光1在初始方向入射时，由图1所示，阳光被V型镜2反射至二个聚光目标 10和20。随着时间的推移，太阳光1的入射方向发生变化，如图2所示，V型镜2也转 动相应的角度，阳光还是被V型镜2反射至二个聚光目标10和20。当然V型镜2的二面 镜子可以不限于平面镜，可以设计成一定的弧度，如图3所示，该圆弧面V型镜4在反射的 同时还可以有一定的辅助聚光效果。图4显示若干个V型镜组成阵列5，每个V型镜各自 将阳光反射至二个同一聚光目标10和20，这种叠加作用产生聚光效果是本发明的主要内 容。注意到V型镜的设计使向一个方向反射的镜子排列有自然的间隔，不会相互遮挡光线； 同时V型镜的另一面镜子由于角度关系也不会遮挡这些光线。高强度的阳光在聚光目标上 往往伴随着高温。图5显示V型镜的三维整体结构(6)，可以看到该V型镜一般由两面普通的平面镜 组合在一起，该V型镜的夹角等于镜面与两聚光目标形成的夹角的1/2的余角，其原理符合 下式
β = Ji - α /2
当然，在具体制作过程中，其材料也可以选择玻璃、有机玻璃以及表面镀反光膜的塑 料。由图6可知，V型镜的理想转动轴位置一般不在V型镜两面平面镜结合处，而是在V型 镜两面平面镜结合处的稍前方7处，即V型镜的重心处。式中，R为排列阵列圆弧半径，a为两相邻聚光目标中心之间距离的一半，b为聚光目标 中心到其同侧圆弧顶点的距离。 若干个V型镜和若干个转动轴安装在一起，使得V型镜阵列能够以特定的、相同的 转速转动，其转动规律为速度始终保持是太阳移动角速度的一半，同时，为实施方便起见， 可以将V型镜的转动轴设置成与地球自转轴同向，则其转动的速度同时也是地球自转速度 的一半，并且与地球自转的转向呈相反的状态；由图7可知，平面镜8可以安装在V型镜阵 列的首尾两处位置，因为这些位置的反射镜只有一个聚光目标。不论V型镜阵列呈直线状 排列或是呈非直线状排列时，都适合安装在整个阵列的首尾位置，均不影响V型镜阵列的 聚光效果，同时，不会使V型镜阵列在转动时使平面镜和V型镜之间形成阳光的遮挡。由 图8和图9所示为本发明V型镜阵列呈直线状排列和呈非直线状排列时的结构，需要说明 的是当呈一般的直线状排列的时候，该阵列内的V型镜之间，其各自的夹角按上述公式必 须各不相同时，才可达到非常理想的聚光效果；当呈特定的非直线状排列的时候，该阵列内 的V型镜之间，各自的夹角按上述公式可以做到全部相等，同样可以达到非常理想的聚光 效果。一种比较容易实现的方式是采用一种圆弧型阵列的排列方式，如图10所示，其原理 符合下式
权利要求
1.一种太阳能反射式聚光阵列，由一系列镜子、若干转动机构及控制芯片等部件组成， 其特征在于，这一系列镜子中的每个镜子都呈V型，并且围绕自己的轴心、以特定的转速转 动，将阳光聚集到两个或多个固定的聚光目标上，并且这一系列镜子的转速都相同。
2.一种太阳能反射式聚光阵列，由一系列镜子、若干转动机构及控制芯片等部件组成， 其特征在于，这一系列镜子中的首尾两部分镜子可以是普通平面镜，其他镜子则均是V型^Ml O
3.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，这一系列镜子转 动的速度始终保持是太阳移动速度的一半，将之设置成转动轴与地球自转轴同向，则其转 速同时也是地球自转速度的一半，并且与地球自转的转向相反。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，该V型镜镜面的夹 角等于镜面与二聚光目标形成的夹角的1/2的余角。
5.根据权利要求4所述的V型镜夹角，其特征在于，该夹角原理符合下式 β = Ji - α /2式中，β为V型镜的夹角，α为镜面与二聚光目标所形成的夹角。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，V型镜子阵列在转 动时，可以将太阳光反射聚集到两个固定的聚光目标上，具体表现为所有V型镜的左半部 分的镜子阳光反射到右边的聚光目标，所有V型镜的右半部分的镜子将阳光反射到左边的 聚光目标，左右光路互不遮挡。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，重复排列V型镜子 阵列和聚光目标可将太阳光反射交错聚集到多个聚光目标上。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，聚光目标可以是 一种长条形管状物体，也可以是其类似形状物体。
9.根据权利要求8所述的聚光目标，其特征在于，聚光目标位于V型镜阵列与太阳之间。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，V型镜面由两面 细长的镜子组成，在实际应用中，其长度和宽度可按照功能要求灵活定制。
11.根据权利要求10所述的V型镜面，其特征在于，该镜面通常是简单的平面镜，但不 局限于平面镜，同时也可以设计成凹、凸面镜。
12.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，聚光目标呈均勻 排列状，V型镜可以是呈均勻排列的直线阵列。
13.根据权利要求12所述的呈直线状排列的镜子阵列，其特征在于，该阵列内的V型镜 之间各自的夹角各不相同。
14.根据权利要求1所述的一种太阳能反射式聚光阵列，其特征在于，V型镜也可以是 非直线阵列，一种比较容易实现的方式是采用一种圆弧型阵列，其原理符合下式式中，R为圆弧半径，a为两聚光目标圆心之间距离的一半，b为聚光目标圆心到其同侧 圆弧顶点的距离。
15.根据权利要求14所述的呈非直线排列的镜子阵列，其特征在于，该阵列内的V型镜 之间各自的夹角全部相同。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能反射式聚光阵列，由一系列V型的、可转动的镜子、若干转动机构、控制芯片及聚光目标等部件组成，V型镜阵列通过转动机构绕轴按照特定的规律运转，按照其阵列排列方式的不同，V型镜的夹角也各不相同，但各个镜子之间的转速始终保持一致。该阵列能保持最佳的太阳光入射和折射角度，使聚集的阳光始终对准聚光目标。V型镜的设计使各面镜子不会相互遮挡光线，阳光的利用率比较高，V型镜阵列占地空间可以比较小，适合不同场地的安装，其结构简单，安装容易，较之复合抛物面的聚光，其成本也显得更加低廉。
文档编号G02B7/198GK102135660SQ20111004069
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者陈大彤 申请人:宁波高新区聚光太阳能有限公司, 陈大彤