CN102053354A - 基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体 - Google Patents

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Abstract

一种基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体，包括由光密介质制成的相互平行的锯齿状斜面组成的上准平面，所述的平行锯齿状斜面的锯齿角度为直角，锯齿状斜面与水平面的夹角α为光密介质与光疏介质发生全反射时的临界角。据此原理制作的太阳能聚光体仅用一种光学材料构成，从而有效解决了目前由于玻璃背面反射膜易脱落导致聚光器寿命短以及反射膜对光吸收带来的聚光效率下降等技术问题。在高精度自动跟踪系统驱动下使得太阳光垂直入射接收斜面，并且能够根据实际需要改变聚光器形状，直接实现线或者点聚光。

Description

基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体
技术领域
本发明涉及平行光聚光领域，具体涉及一种基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体。
技术背景
太阳能推广应用的障碍之一就是能量密度太低(1千瓦/平方米)，而通过聚光方式有效提高太阳能密度，是其途径之一。而对于反射式和透射式二种基本聚光方法在应用中都存在具体实际问题：反射式聚光器中最常用的是利用玻璃材料背面涂覆反射层方法实现太阳能聚光，这种聚光装置存在着在室外恶劣环境下反射膜脱落的问题；透射式聚光器中更多的是采用费涅尔透镜作为聚光体来实现太阳光汇聚，但该装置又一直存在着自洁性能差以及易老化等技术问题，从而直接影响到应用推广。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种根据全反射原理把太阳光从聚光体侧面导出，直接实现太阳能聚光的基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括由光密介质制成的相互平行的锯齿状斜面组成的上准平面，所述的平行锯齿状斜面的锯齿角度为直角，锯齿状斜面与水平面的夹角α为光密介质与光疏介质发生全反射时的临界角。
本发明的光密介质采用具有良好的导光性能以及很好的自洁和抗老化功能的玻璃材料，光疏介质为自然环境大气。
所述的平行太阳光线垂直入射锯齿状斜面。
所述的锯齿状斜面为矩形结构实现太阳能的线聚光。
所述的锯齿状斜面为等腰梯形，其二腰与下边的夹角为临界角α实现太阳能的点聚光。
本发明既不同于反射式聚光中受光体处于聚光体的前面，也不同于透射式聚光中受光体处于聚光体的后面，而是受光体处于聚光体的侧面。由于聚光体只需要玻璃一种材料就能够在全反射情况下实现太阳能聚光，有效解决了目前由于反射膜脱落导致聚光器寿命短的问题，也避免了反射膜对光吸收带来的聚光效率下降问题，而且能够根据实际需要改变聚光器形状，直接实现线或者点聚光。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2为线聚光时聚光器的俯视图；
图3为点聚光时聚光器的俯视图；
图4是全反射点聚光光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括由白玻璃1制成的相互平行的锯齿状斜面3组成的上准平面，所述的平行锯齿状斜面3的锯齿角度为直角，锯齿状斜面3与水平面的夹角α为白玻璃1的下平面与自然环境大气2发生全反射时的临界角。在高精度自动跟踪系统的驱动下，保证太阳光垂直射入锯齿状斜面3而进入聚光体；聚光体采用白玻璃，其折射率为1.6，而空气的折射率为1，所以其临界角α＝38.70，；又由于接收斜面与水平面夹角为太阳光从玻璃聚光体(光密介质)出射到空气(光疏介质)时的临界角，所以这时候将发生全反射现象，所有的入射光线A、B、C、D、E、F都将汇集成Z，太阳光从准平面入射，经过全反射汇聚后再从侧面出射。从而达到太阳光汇聚的目标
参见图2，当受光体为直线形时，其聚光器平面分别为矩形或者梯形，其矩形的宽度和长度分别决定了线性聚光的长度和强度。
参见图3，当受光体为圆点形时，其聚光器平面为等腰梯形，其二腰与下边的夹角为临界角α，而聚光强度则与梯形的长度和底长度有关。参见图4，平行太阳光按照全反射定理沿着聚光体底面由左向右前进过程中，又在等腰梯形的二个腰构成的界面处形成全反射，尔后沿着这二个界面继续前进，最后从等腰梯形的上下底面之间与等腰面平行方向射出。所以点聚光中的受光体应该尽量接近等腰梯形的上底面，否则会因为随着与上底面距离增大引起汇聚光线发散，从而导致聚光强度的降低。

Claims (5)

1.一种基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体，其特征在于：包括由光密介质(1)制成的相互平行的锯齿状斜面(3)组成的上准平面，所述的平行锯齿状斜面(3)的锯齿角度为直角，锯齿状斜面(3)与水平面的夹角α为光密介质(1)与光疏介质(2)发生全反射时的临界角。
2.根据权利要求1所述的基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体，其特征在于：所述的光密介质(1)采用具有良好的导光性能以及很好的自洁和抗老化功能的玻璃材料，光疏介质(2)为自然环境大气。
3.根据权利要求1所述的基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体，其特征在于：所述的平行太阳光线垂直入射锯齿状斜面(3)。
4.根据权利要求1所述的基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体，其特征在于：所述的锯齿状斜面(3)为矩形结构实现太阳能的线聚光。
5.根据权利要求1所述的基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体，其特征在于：所述的锯齿状斜面(3)为等腰梯形，其二腰与下边的夹角为临界角α实现太阳能的点聚光。
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