一种环形线性菲涅尔高倍聚光器的制作方法

本发明属于高倍聚光光伏领域，同时也包含了光伏光热综合利用领域。涉及一种点聚光的环形高倍聚光器和点聚光的菲涅尔透镜高倍聚光器。

背景技术：

在太阳能聚光利用系统中，聚光器的选择直接影响了整个系统的布置。有别于非聚光光伏和低倍聚光光伏，高倍聚光光伏具有较高的转化率和效率。除了高转化率之外，高倍聚光光伏还具有温度系数小、电网匹配性好(日发电量高)、对环境友好(占地少、土地可综合利用)、效率可提升性强等特点。首先，应用于高倍聚光光伏的多结ⅲ-ⅴ族电池电池本身可以在较高温度下工作并能维持较好的效率，而且每一个聚光电池后面都配有一个散热器，因此在外部温度变化较大的情况下，相比较晶硅及薄膜电池，其本身的效率影响不会很大。据测算，聚光光伏电池在气温每升高一度后，效率的降低仅仅是晶硅电池的三分之一。因此，高倍聚光对于pv/t领域有着极大的作用。而高倍聚光需要与之对应的高倍聚光器，因此槽式聚光器，塔式聚光，线性菲涅尔聚光器都是效果相当好的高倍聚光器。而本专利提出的环形线性菲涅尔就是由线性菲涅尔聚光器改进而来。

专利内容

本专利提出的环形线性菲涅尔聚光器的目的是为了改变光线路径，将线性菲涅尔聚光器的线聚光方式转变为点聚光方式，这样会使聚光器的聚光比大大提高。环形分布的镀银聚光镜1中的每一环都为由一固定长度的线段绕轴旋转而形成无上下底面的圆台。且每条固定长度的线段的位置和倾角都不同。垂直入射的太阳光线通过环形分布的反光镜可以汇集在位于接收盘中央的高倍光伏电池5上。光伏电池5的背部装有专用散热器，以将光伏电池的热量带走，既可以降低光伏电池的温度，提高发电效率，同时带走的热量还可以用作产生生活热水或用作制冷等其它用途。每条环形分布的镀银聚光镜1互不遮挡，且对于每条环形聚光镜的横截面所形成的线段，上方线段的顶部端点与下方线段的底部端点所形成的直线与旋转轴平行。以保证每条环形聚光镜互不遮挡。整个装置采用带自动跟踪的双轴跟踪，以保证整个装置的中心轴正对太阳，保持阳光直射。聚光器中心有一光轴为整个装置对称轴的菲涅尔聚光透镜，其直径与装置没有反光镜的部分相同。聚光器中心的菲涅尔透镜的焦点与环形聚光镜的焦点重合，均在接收盘5上。阳光直射到环形分布的反光镜以及中心的菲涅尔透镜后，经反射和折射到接收盘5上的太阳能电池上，可产生电能，电池背部有冷却剂冷却，可产生热量。

本发明的有益效果为：

1、改进线性菲涅尔聚光器的光线分布路径，由线性改为环形，将沿地表分布的聚光器由水平改为垂直方向，可以节省面积。

2、光线经反射镜和菲涅尔透镜照射到太阳能电池上后，可以产生电能，太阳能电池背部有冷却剂冷却，可以产生热能。

3、空间利用率高。

4、聚光比高，光线汇聚后的能量密度大。

qn＝-htan2βn

附图说明

附图1为本发明装置构造图。附图2为本发明边缘两块环形镜面的光路图，附图3为光路图的细节放大图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明

如附图1,整个装置沿中心轴对称。环形分布的镀银聚光镜1中的每一环都为由一固定长度的线段绕轴旋转而形成无上下底面的圆台。且每条固定长度的线段的位置和倾角都不同。垂直入射的太阳光线通过环形分布的反光镜可以汇集在位于接收盘中央的高倍光伏电池5上。光伏电池5的背部装有专用散热器，以将光伏电池的热量带走。

所述的环形线性菲涅尔高倍聚光器沿中心轴对称。

所述的环形线性菲涅尔高倍聚光器中环形分布的反光镜采用全反射镀银表面，以保证较高的反射率。

整个组件需加装自动跟踪系统以保证电池板5所在的平面与太阳光入射方向保持垂直。

所述的支撑结构需有效地支撑起镜面部分，并可以承受住一定程度的大风和沙尘天气影响。

所述的镜面较细较薄，需使用强度较高的玻璃。

所述的镜面连接结构与镜面需直接连接，以保证结构强度。

所述的镜面各参数均由计算获得。

图2和图3为边缘两块镜子的光路图，所述的各镜镜面位置及倾斜角度计算如下：

设最边缘的环形镜面为第n块环形镜面，向内依次为第n-1，n-2块，每块镜面横截面宽度为d。

第n块镜面的上边缘坐标为中心坐标为(xn，yn)，下边缘坐标为

以第n块镜子中心点在对称轴上的水平投影为原点，沿水平和竖直方向建立平面直角坐标系；

令第n块环形镜面中心距离聚光点的水平距离为qn，垂直距离为hn

令第n块环形镜面中心为(qn，0)，

则第n块镜子上边缘坐标为

第n块镜子下边缘横坐标为

第n-1块镜子上边缘的横坐标与第n块镜子的下边缘横坐标相同，

因此

为

第n-1块镜子中心横坐标为

下面求其纵坐标，

对第n块镜子上边缘建立直线方程：

可化简为：

因此

则每块镜子的纵坐标可以用下式表示:

由第n-1块镜子中心纵坐标：

可得出：

由直线方程可得出：

可推得第n-1块镜子中心纵坐标：

由几何关系可得：

βn-1-λn-1+βn-1＝90°

因此：

2βn-1＝90°+λn-1

λn-1＝2βn-1-90°

由三角关系：

可得方程：

由三角关系可得：

qn＝-htan2βn

带入得相连两镜子位置的迭代方程：

因此由最边缘镜子的距离聚光点高度、镜子横截面宽度和倾斜角度可得到其余每块镜子的这三个参数。