一种菲涅尔太阳能聚光集热器及CPC的制造方法与流程

本发明涉及太阳能利用设备领域，更具体地说，涉及一种菲涅尔太阳能聚光集热器，还涉及一种cpc的制造方法。

背景技术：

太阳能具有巨大、普遍、长久、无害等优点，由于这些优点，近年来人们对于探究太阳能的利用从未止步。但是太阳能也具有间歇性、分散性、随机性等缺点，这些缺点制约了太阳能的利用。菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学器件，可以将太阳光折射在某一点或某一线上，使太阳光辐照强度增加几倍到几十倍，聚光效果好。菲涅尔透镜的应用极大的降低了太阳能聚光装置的成本。现有的太阳能聚光器按照结构主要分为两种：一种为跟踪类，一种为免跟踪类。跟踪类的太阳能聚光集热器随太阳光照射角度的变化而进行角度调节，精度要求高，结构复杂，成本昂贵；免跟踪类的太阳能聚光集热器不随太阳光照射角度的变化而变化，成本较低，结构简单，但聚光效果不理想，其太阳光能量吸收率和利用率较低。聚光型太阳能集热器能实现太阳能的中高温利用，满足生活和工业生产需求。

综上所述，如何有效地解决太阳能聚光集热器聚光效果差、太阳能利用率低等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种菲涅尔太阳能聚光集热器，以解决太阳能聚光集热器聚光效果差、太阳能利用率低等问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种菲涅尔太阳能聚光集热器，包括腔体，所述腔体内设有集热管组件和cpc(复合抛物面聚光器)，所述集热管组件的上方设有线性菲涅尔透镜，所述集热管组件的轴线设于所述线性菲涅尔透镜的焦线处，所述集热管组件设于所述cpc内以接收所述cpc反射的光线。

优选地，所述线性菲涅尔透镜设于所述腔体的上方，所述线性菲涅尔透镜与所述腔体滑动连接进行线性运动以根据纬度变化进行调节。

优选地，所述腔体顶部的两端设置滑轨，所述线性菲涅尔透镜固设有直线轴承，所述直线轴承与所述滑轨配合。

优选地，所述腔体为经有机玻璃板组成的密闭腔体。

优选地，所述集热管组件经设其两端的集热管支架固定连接于所述腔体的底板上，所述集热管支架上分别垂直设有侧反光镜。

优选地，集热管组件包括真空集热管和设于其内的集热支管，所述真空集热管为一侧开口的管体，所述集热支管为u型集热回路以在所述真空集热管的开口处进出。

优选地，所述cpc设于所述腔体的底板上经cpc支架与所述底板固定连接。

优选地，所述真空集热管的内壁表面设有选择性吸收涂层。

优选地，所述集热支管突出于所述腔体的侧壁且与其经防水透气膜连接。

基于上述的菲涅尔太阳能聚光集热器，本发明还提供了一种cpc的制造方法，包括：

以真空集热管的内径为基圆，基圆的中心为o，以cpc水平方向为x轴，竖直方向为y轴，构建直角x-y直角坐标系；

根据公式1)r为基圆半径，t为参数，t＝0～2π得到基圆渐开线a；

根据公式2)θmax为经线性菲涅尔透镜进行模拟测量得到cpc的最大接收角，得到所述基圆渐开线a绕圆心o顺时针旋转角度θ；

根据y轴得到与所述基圆渐开线a对称的基圆渐开线b，绘制旋转渐开线和抛物面，截取得到所述cpc的反光面曲线。

本发明提供的菲涅尔太阳能聚光集热器，包括腔体，腔体内设有集热管组件和cpc，集热管组件的上方设有线性菲涅尔透镜，集热管组件的轴线设于线性菲涅尔透镜的焦线处，集热管组件设于cpc内以接收cpc反射的光线。应用本发明提供的菲涅尔太阳能聚光集热器及cpc的制造方法，光线通过线性菲涅尔透镜折射进入至cpc中，经cpc反射进集热管组件中，该装置通过线性菲涅尔透镜和cpc间的配合，实现高效聚光。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的菲涅尔太阳能聚光集热器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的菲涅尔太阳能聚光集热器的正视结构示意图；

图3为图2的左视结构示意图；

图4为图3的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的cpc的结构设计示意图。

附图中标记如下：

线性菲涅尔透镜1、滑轨2、铝型材支架3、直线轴承4、有机玻璃板5、侧反光镜6、集热支管7、防水透气膜8、真空集热管9、cpc支架10、cpc11、集热管支架12。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种菲涅尔太阳能聚光集热器，以解决太阳能聚光集热器聚光效果差、太阳能利用率低等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，图1为本发明实施例提供的菲涅尔太阳能聚光集热器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的菲涅尔太阳能聚光集热器的正视结构示意图；图3为图2的左视结构示意图；图4为图3的俯视结构示意图；图5为本发明实施例提供的cpc的结构设计示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的菲涅尔太阳能聚光集热器，包括腔体，腔体内设有集热管组件和cpc11(复合抛物面聚光器)，集热管组件的上方设有线性菲涅尔透镜1，集热管组件的轴线设于线性菲涅尔透镜1的焦线处，集热管组件设于cpc11内以接收cpc11反射的光线。

腔体一般为密闭腔体，以防止腔体内进入杂物，腔体内设有cpc11，在cpc11内设有集热管组件，在集热管组件的上方设有线性菲涅尔透镜1，集热管组件的轴线设于线性菲涅尔透镜1的焦线处，二者共线。当光线垂直射入线性菲涅尔透镜1时，直接射入至集热管组件中，当光线偏斜射入时，通过cpc11对光线进行反射，以将光线射入至集热管组件中，可以理解的是，cpc11的设置需根据集热管组件的位置和内径大小进行设置。线性菲涅尔透镜1的安装倾角的大小根据当地的地理纬度位置确定。

cpc11一般采用反射率不低于90％的镀膜塑料pc(聚碳酸酯)软镜压弯而成。线性菲涅尔透镜1采用透射率不低于93％的pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成。

应用本发明提供的菲涅尔太阳能聚光集热器，光线通过线性菲涅尔透镜1折射进入至cpc11中，经cpc11反射进集热管组件中，该装置通过线性菲涅尔透镜1和cpc11间的配合，使光线尽量多得反射在真空集热管9组件上，提高了太阳能的利用效率，实现高效聚光。

具体的，线性菲涅尔透镜1设于腔体的上方，线性菲涅尔透镜1与腔体滑动连接进行线性运动以根据纬度变化进行调节。一般的，线性菲涅尔透镜1可设于腔体的顶板上，线性菲涅尔透镜1与墙体滑动连接，当太阳随纬度发送季节性变化时，焦线向南北方向偏移，通过滑动连接以调节线性菲涅尔透镜1的位置，使得焦线光线照射在cpc11内，通过cpc11反射回真空集热管9组件上，具体的调节时间可根据当地具体的地理位置、cpc11最大接收角和cpc11的开口大小确定，cpc11的安装开口方向朝向线性菲涅尔透镜1所在的滑移平面。

进一步地，腔体顶部的两端设置滑轨2，线性菲涅尔透镜1固设有直线轴承4，直线轴承4与滑轨2配合。腔体顶部的相对应的两端设置直线滑轨2，一般的，可在腔体顶部的梁上设置铝型材支架3，在铝型材支架3上设置直线滑轨2，线性菲涅尔透镜1上设置直线轴承4，直线轴承4与直线滑轨2相配合，使得线性菲尼尔透镜能够在腔体上滑动，以根据纬度变化进行调节，当然，在其他实施例中，也可以通过其他滑动配合方式实现线性菲涅尔透镜1在腔体上的滑动，只要能够达到相同的技术效果即可，对具体的实现方式不作限定。

具体的，腔体为经有机玻璃板5组成的密闭腔体。腔体的四周、顶板和底板均设置有机玻璃板5，通过有机玻璃板5以保证腔体内的光线和温度，使得集热器的集热效果更好，当然，在其他实施例中，也可以设置其他吸热性较好的材料，均在本发明的保护范围内。

在上述各实施例的基础上，集热管组件经设其两端的集热管支架12固定连接于腔体的底板上，集热管支架12上分别垂直设有侧反光镜6。

腔体的底板上设置集热管支架12，集热管组件通过集热管支架12固定于底板上，一般的，可通过骑马卡固定，为了对光线更好的进行收集，在集热管支架12上分别设置侧反光镜6以对两侧的光线进行反射，侧反光镜6的高度可根据腔体的高度自行进行设定，侧反光镜6的宽度略大于cpc11的开口宽度。

具体的，集热管组件包括真空集热管9和设于其内的集热支管7，真空集热管9为一侧开口的管体，集热支管7为u型集热回路以在真空集热管9的开口处进出。

集热支管7一般采用铝制薄片支架安装于真空集热管9的腔体内，真空集热管9为单向开口的透明腔体，其中心设于线性菲涅尔透镜1的焦线处，集热支管7为u型集热回路，通过真空集热管9的一侧开口进出，集热支管7可拆卸的固定连接于真空集热管9内。

进一步地，cpc11设于腔体的底板上经cpc支架10与底板固定连接。由此设置，可通过支架将cpc11固定于底板上，其设置位置可根据实际需要进行选择，均在本发明的保护范围内。

具体的，真空集热管9的内壁表面设有选择性吸收涂层。选择性涂层可根据吸收太阳光的原理和涂层的结构不同进行选择，在此不再赘述。

进一步地，集热支管7突出于腔体的侧壁且与其经防水透气膜8连接。防水透气膜8采用pe(聚乙烯)高分子材料制成。集热支管7突出有机玻璃板5，且在有机玻璃板5的相应位置处设置防水透气膜8，装置内的水蒸汽能通过防水透气膜8，而装置外的雨水不能通过防水透气膜8进入到装置内，从而保证装置的干燥；装置采用密闭结构，形成密闭温室，具有保温效果，而且具有抗风抗雨能力，提高了集热器的安全性。

基于上述实施例中提供的菲涅尔太阳能聚光集热器，本发明还提供了一种cpc的制造方法，包括：

以真空集热管9的内径为基圆，基圆的中心为o，以cpc水平方向为x轴，竖直方向为y轴，构建直角x-y直角坐标系；

根据公式1)r为基圆半径，t为参数，t＝0～2π得到基圆渐开线a；

根据公式2)θmax为经线性菲涅尔透镜1进行模拟测量得到cpc的最大接收角，得到所述基圆渐开线a绕圆心o顺时针旋转角度θ；

根据y轴得到与所述基圆渐开线a对称的基圆渐开线b，绘制旋转渐开线和抛物面，截取得到所述cpc的反光面曲线。其中，沿令渐开线a末端点为点a，渐开线b末端点为点b，渐开线a与渐开线b相较于点h。作基圆切线ad，使线段ad与基圆相切于点d。作对称轴ac与cpc对称轴交于点c，使以ac为对称轴、a为焦点、c为顶点作抛物线a，且使抛物线a恰好交渐开线b于点b，且与线段ad的延长线交于点f。同理，作基圆切线be，使线段be与基圆相切于点e。作对称轴bc与cpc对称轴交于点c，使以bc为对称轴、b为焦点、c为顶点作抛物线b，且使抛物线b恰好交渐开线a与点a，且与线段be延长线交于点g，截取弧线gahbf即为cpc反光面曲线。

具体的，以广州地区为例。广州位于北纬23°08′，装置的安装倾角为23°08′，朝向南方。线性菲涅尔透镜1和真空集热管9的参数如下表1所示：

表1

由表1知真空管玻璃内径d1＝37mm，即cpc基圆半径r＝18.5mm，代入到公式(1)中，即可得到cpc基圆渐开线的参数方程：

式中，t为参数，t＝0～2π。经对线性菲涅尔透镜1进行光线模拟及分析测量，透镜的边缘光线与cpc对称轴夹角代入式(2)可得渐开线a绕圆心o顺时针旋转角度为：

θ＝π+40°(4)

截取弧线gahbf即为cpc反光面曲线。截取后的cpc最大接收角为80°，开口大小为287.12mm，高度为301.37mm。线性菲涅尔透镜1滑移周期为两个月，即两个月调节一次线性菲涅尔透镜1的位置就可以保证光线落入到cpc中。

在一种实施例中，该装置在使用时其长度方向以东西方向布置，线性菲涅尔透镜1朝向南北，其具体的安装倾角根据当地的纬度位置决定，当太阳按照一天变化时，光线通过线性菲涅尔透镜1形成焦线，焦线向东西方向偏移，偏移出真空集热管9的一部分光线照射在侧反光镜6上，通过侧反光镜6反射回真空集热管9上；当太阳随纬度发生季节性变化时，焦线向南北方向偏移，通过直线滑轨2和直线轴承4，调节线性菲涅尔透镜1的位置，使焦线光线照射在cpc内，通过cpc反射回真空集热管9上。具体的调节时间按照当地具体的地理位置、cpc最大接收角及cpc的开口大小决定。

该装置通过线性菲涅尔透镜1作为聚光装置，与普通的玻璃平板集热器相比，聚光倍率大大增加，在焦线处太阳能辐照强度增加几倍甚至几十倍，能实现太阳能的中高温利用，且只需要一根真空集热管9，与普通的平板真空管集热器相比，减少了集热器的面积，大大节约成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。