CN101320127A - 一种组合式聚光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚光器技术领域，公开了一种组合式聚光器，该聚光器包括一级折射式聚光器和二级反射式聚光器两个子聚光器，所述二级反射式聚光器安装于所述一级折射式聚光器的下方，入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后直接会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上，或者光线经过所述一级折射式聚光器折射后，再经过所述二级反射式聚光器反射会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上。利用本发明，使得偏移的光线再次经过二级反射到光轴焦点上，解决了跟踪系统精度不够的问题，提高了聚光系统的可靠性和安全性。

Description

一种组合式聚光器

技术领域

本发明涉及聚光器技术领域，尤其涉及一种组合式聚光器。

背景技术

开发新能源是全世界面临的共同课题。在新能源中，光伏发电倍受瞩目，但由于过高的成本，目前还没有充分进入市场。聚光太阳电池是降低太阳电池利用总成本的一种措施。它通过聚光器使较大面积的阳光会聚在一个较小的范围内，形成″焦斑″或″焦带″，并将太阳电池置于这种″焦斑″或″焦带″内，以增加光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输出。

因此，聚光太阳电池以减少给定功率所需的电池面积，用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳电池。利用聚光器采集的太阳光，经过光纤传送到矿井、地下室等无自然光照明的场所用于照明，是一项新的节能、环保的技术。

聚光器依光学原理可分为折射聚光器、反射聚光器和混合式聚光器等。折射聚光器元件可以是普通凸透镜或者菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是平面化的聚光镜，与普通透镜相比有质量轻，成本低的优点。反射聚光器包括抛物槽、平板、组合抛物面等，其主要反射镜材料是镀银玻璃和镀铝面。

聚光器依聚光形式可分为线聚光器和点聚光器。线聚光器包括条形透镜、抛物槽、线聚光组合抛物面等。点聚光器也叫轴向聚光器，这类聚光器中聚光的透镜或反射镜和焦斑处于同一条光学轴上。

利用聚光装置汇聚太阳光时，只有与光轴平行的太阳光线，才能被汇聚到光轴焦点上，因此需要配置高精度的跟踪系统，使聚光装置的光轴时刻指向太阳方向。如果跟踪精度达不到要求，则汇聚的光斑会发生偏移而不能均匀汇聚在光轴焦点上，造成光伏发电系统不能正常工作，甚至造成烧蚀，降低了聚光系统的可靠性和安全性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种组合式聚光器，以解决跟踪系统精度不够的问题，提高聚光系统的可靠性和安全性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种组合式聚光器，该聚光器包括一级折射式聚光器和二级反射式聚光器两个子聚光器，所述二级反射式聚光器安装于所述一级折射式聚光器的下方，入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后直接会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上，或者光线经过所述一级折射式聚光器折射后，再经过所述二级反射式聚光器反射会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上。

上述方案中，所述入射光线的方向与所述一级折射式聚光器的光轴平行，所述入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后直接会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上；

所述入射光线的方向与所述一级折射式聚光器的光轴不平行，所述入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后，再经过所述二级反射式聚光器反射会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上。

上述方案中，所述一级折射式聚光器为凸透镜，或为菲涅尔透镜。

上述方案中，所述透镜的制作材料为玻璃，或为树脂材料。

上述方案中，所述二级反射式聚光器为圆锥形状，或为棱锥形状；所述二级反射式聚光器的内壁为镜面反射器。

上述方案中，所述二级反射式聚光器的材料为金属，或为工程塑料，或为聚合物基复合材料；所述二级反射式聚光器的内壁反射面采用金属材料或金属镀膜材料。

上述方案中，所述二级反射式聚光器的高度小于或等于所述一级折射式聚光器的焦距。

上述方案中，所述二级反射式聚光器的高度小于所述一级折射式聚光器的焦距，所述二级反射式聚光器为单独的反射式聚光器，所述二级反射式聚光器与所述一级折射式聚光器不接触连接在一起。

上述方案中，所述二级反射式聚光器的高度等于所述一级折射式聚光器的焦距，所述二级反射式聚光器与所述一级折射式聚光器接触连接在一起，且所述二级反射式聚光器兼作所述一级聚光器的支撑或连接装置。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种组合式聚光器，采用一级折射式聚光器和二级反射式聚光器两个子聚光器，二级反射式聚光器安装于一级折射式聚光器的下方，入射光线经过一级折射式聚光器折射后直接会聚到一级折射式聚光器的光轴焦点上，或者光线经过一级折射式聚光器折射后，再经过二级反射式聚光器反射会聚到一级折射式聚光器的光轴焦点上，因此使得偏移的光线再次经过二级反射到光轴焦点上，解决了跟踪系统精度不够的问题，提高了聚光系统的可靠性和安全性。

2、本发明提供的这种组合式聚光器，采用一级折射式聚光器和二级反射式聚光器两个子聚光器，由于经一级折射式聚光器折射的光线如果偏离光轴焦点，可经二级反射式聚光器再次反射到焦点上，有效地增大了太阳光的入射角。

3、本发明提供的这种组合式聚光器，还可用于聚光光伏系统和聚光照明系统，解决跟踪系统的精度和可靠性问题。采用高倍聚光时，需采用太阳光跟踪系统，当跟踪系统的精度达不到要求时，高倍汇聚的光斑会发生偏移而不能均匀的在电池表面上，造成光伏发电系统不能正常工作。采用本发明提供的组合式聚光器，可以使偏移的光线再次经过二级反射器汇聚到电池表面上，从而增大太阳光的入射角，解决了跟踪系统的精度问题，提高了聚光系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的组合式聚光器的结构示意图；

图2为本发明提供的二级反射式聚光器高度等于透镜焦距时组合式聚光器的结构示意图；

图3为聚光光伏系统安装了本发明提供的组合式聚光器后测试的电池输出功率与太阳偏转角度的关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1为本发明提供的组合式聚光器的结构示意图，该聚光器包括一级折射式聚光器2和二级反射式聚光器3两个子聚光器，所述二级反射式聚光器3安装于所述一级折射式聚光器2的下方，入射光线经过所述一级折射式聚光器2折射后直接会聚到所述一级折射式聚光器2的光轴焦点上，或者光线经过所述一级折射式聚光器2折射后，再经过所述二级反射式聚光器3反射会聚到所述一级折射式聚光器2的光轴焦点上。

当入射光线的方向与一级折射式聚光器的光轴平行时，入射光线经过一级折射式聚光器折射后直接会聚到一级折射式聚光器的光轴焦点上。

当入射光线的方向与一级折射式聚光器的光轴不平行时，入射光线经过一级折射式聚光器折射后，再经过二级反射式聚光器反射会聚到一级折射式聚光器的光轴焦点上。

上述一级折射式聚光器可以为凸透镜7，也可以为菲涅尔透镜8。透镜的制作材料可以为玻璃，也可以为树脂材料。

上述二级反射式聚光器可以为圆锥形状，也可以为棱锥形状。二级反射式聚光器的内壁为镜面反射器。二级反射式聚光器的材料为金属、工程塑料或聚合物基复合材料等。二级反射式聚光器的内壁反射面采用金属材料或金属镀膜材料等。

上述二级反射式聚光器的高度小于或等于一级折射式聚光器的焦距。当二级反射式聚光器的高度小于一级折射式聚光器的焦距时，二级反射式聚光器为单独的反射式聚光器，二级反射式聚光器与一级折射式聚光器不接触连接在一起。

当二级反射式聚光器的高度等于一级折射式聚光器的焦距时，二级反射式聚光器与一级折射式聚光器接触连接在一起，且二级反射式聚光器兼作一级聚光器的支撑或连接装置。

从图1中可以看出，斜射的光线1经一级折射式聚光器2的折射，其折射光线经二级反射式聚光器3反射到一级折射式聚光器2的光轴焦点4上。此时一级折射式聚光器2对太阳光的接收角6可以得到增加。

图2为本发明提供的二级反射式聚光器高度等于透镜焦距时组合式聚光器的结构示意图。一级折射式聚光器2下部安装了二级反射式聚光器3。二级反射式聚光器3的高度等于一级折射式聚光器2的焦距。从图2中可以看出，斜射的光线1经一级折射式聚光器2的折射，其折射光线经二级反射式聚光器3反射到一级折射式聚光器2的光轴焦点4上。电池芯片位于光轴焦点4上。此时一级折射式聚光器2对太阳光的接收角6可以得到增加。同时，由于二级反射式聚光器3高度等于一级折射式聚光器2的焦距，二级反射式聚光器3也可以起到一级折射式聚光器2与电池器件的连接和支撑装置。

一般地，采用高倍聚光的太阳能发电系统的跟踪精度要优于0.1度。采用本发明后，跟踪精度可以放宽到±5度。图3为聚光光伏系统安装了本发明提供的组合式聚光器后测试的电池输出功率与太阳偏转角度的关系曲线图。从图3中可以看出，在偏转±5度的情况下该聚光光伏系统输出功率损失不超过15％。说明了本发明提供的的组合式聚光器能够起到增加太阳接收角的作用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种组合式聚光器，其特征在于，该聚光器包括一级折射式聚光器和二级反射式聚光器两个子聚光器，所述二级反射式聚光器安装于所述一级折射式聚光器的下方，入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后直接会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上，或者光线经过所述一级折射式聚光器折射后，再经过所述二级反射式聚光器反射会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上。

2、根据权利要求1所述的组合式聚光器，其特征在于，

所述入射光线的方向与所述一级折射式聚光器的光轴平行，所述入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后直接会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上；

所述入射光线的方向与所述一级折射式聚光器的光轴不平行，所述入射光线经过所述一级折射式聚光器折射后，再经过所述二级反射式聚光器反射会聚到所述一级折射式聚光器的光轴焦点上。

3、根据权利要求1所述的组合式聚光器，其特征在于，所述一级折射式聚光器为凸透镜，或为菲涅尔透镜。

4、根据权利要求3所述的组合式聚光器，其特征在于，所述透镜的制作材料为玻璃，或为树脂材料。

5、根据权利要求1所述的组合式聚光器，其特征在于，所述二级反射式聚光器为圆锥形状，或为棱锥形状；

所述二级反射式聚光器的内壁为镜面反射器。

6、根据权利要求1或5所述的组合式聚光器，其特征在于，所述二级反射式聚光器的材料为金属，或为工程塑料，或为聚合物基复合材料；

所述二级反射式聚光器的内壁反射面采用金属材料或金属镀膜材料。

7、根据权利要求1所述的组合式聚光器，其特征在于，所述二级反射式聚光器的高度小于或等于所述一级折射式聚光器的焦距。

8、根据权利要求7所述的组合式聚光器，其特征在于，所述二级反射式聚光器的高度小于所述一级折射式聚光器的焦距，所述二级反射式聚光器为单独的反射式聚光器，所述二级反射式聚光器与所述一级折射式聚光器不接触连接在一起。

9、根据权利要求7所述的组合式聚光器，其特征在于，所述二级反射式聚光器的高度等于所述一级折射式聚光器的焦距，所述二级反射式聚光器与所述一级折射式聚光器接触连接在一起，且所述二级反射式聚光器兼作所述一级聚光器的支撑或连接装置。

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