CN102955236A - 一种封闭式太阳光聚光器 - Google Patents

Abstract

本项发明涉及一种太阳能聚光器，具有中空结构且质量很轻，所使用的材料价格低廉，构成器件的主要元件用模具加工制作，所得太阳能聚光器具有高的机械强度，能够承受风力作用。特别是本发明通过引入二次反射镜和复合抛物面辅助光学系统并将其集成到聚光器中使得聚光器接受器和转化器可以置于聚光器底部，从而彻底免除了接收器支架，并且彻底消除了遮蔽。本项发明获得的太阳能聚光器主要由两部分构成，上部为透明盖层，下部透明盖层，反光面置于下部透明盖层的内表面上，下部透明盖层成型为抛物面对入射太阳光进行聚焦。上部透光层中的一小部分表面成型成二次反射镜面，使光能能够再次聚焦。下部透光层的一小部分表面被成型成复合抛物面聚光器。

Description

一种封闭式太阳光聚光器

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚光器，用于大规模太阳能发电。

背景技术

太阳辐射是一种稀疏的光能，要收集这种光能，必须要使用具有很大表面积的收集装置。要使太阳能大规模发电技术取得突破，必须要开发价格低廉的太阳能聚光器。一般来说，太阳聚光器有两种，一种是基于折射光原理的菲涅耳透镜，另一种是平行光反射聚光器。由于生产成本问题，对于大型的太阳能应用系统来说，光反射聚光器被广泛应用。常用的光反射聚光器被设计成凹槽式或碟式抛物面结构，此类聚光器通常采用硬质材料如金属建造，这种用硬质材料建造的部件被组装成具有特定结构的太阳光聚光器。这种聚光器具有开放结构，为了防止聚光器因负重或风载而变形，这种聚光器和固定用的零件用厚重质硬的材料制作，因而传统的聚光器系统一般体积很大，很重且非常昂贵。这种开放式聚光器加工过程复杂，周期长且加工费高，除此而外，这种开放式聚光器的反射面直接暴露在室外条件下，缺少必要的防尘防表面污染措施。由于大部分聚光器只有在太阳直射时才具有理想的使用效果，所以必须为其配备动力跟踪系统以确保太阳光直射到聚光器的反光面上，如果聚光器很重，跟踪系统的结构也相应比较复杂，建造成本很贵。

为了降低聚光器的使用成本，有报道用轻质廉价材料制作聚光器，其中最典型的聚光器是充气气球式反光结构，这种结构采用可膨胀的气球作为聚光器的支撑结构，涂有金属反光涂层的反光面附着在气球的惰性外表面上。还有另外一种气球聚光器，它的反光材料附着在气球的内壁上的，给气球充气，使气球内壁上的反光结构达到所需的工作形状。

上述膨胀结构的聚光器存在的主要问题：由于风吹、日晒和必须维持气球内压高于外压一定程度等原因，气球容易发生变形，导致聚光器的反光面发生形变，聚光器的聚光性能降低。因此，气球聚光器通常应用于短期或临时用途，不能在户外大规模长周期地进行使用。

本人申请的美国专利(专利申请号：11/983,971)描述了一种封闭结构的聚光器。这种聚光器同时克服了开放式聚光器和充气式聚光器的缺点。它可以由轻质和廉价的材料制作，但依旧保持着强固的机械结构和完整的几何形状。它可以以简单快速的方式实现大规模的机械化生产。

然而，所有的开放结构聚光器和充气式聚光器包括本人上述的封闭结构聚光器都采用分离的接收器去接收会聚的阳光并采用分离的辅助光学系统去收集接收器附近离散的阳光。这就需要采用额外的支撑结构将接收器和辅助光学系统安装在聚光器焦点附近。此种额外的支撑结构不仅消耗大量的昂贵材料使得系统结构复杂，并且遮挡大量阳光影响工作性能。

发明内容：

本项专利针对上述问题，提出了一种新的封闭结构反射阳光聚光系统。该系统由轻质廉价材料制成但依然具有强固的机械结构用于抵抗风压。此种系统无需充气装置但依然维持聚光器良好的几何形状用于聚光。此种系统免去了用于安装接收器的支架结构，从而大大简化了聚光器结构，也消除了遮光。该系统由一个薄壁的腔体构成，其上半部分是一个透明的壳体，下半部分是一个凹形抛物面壳体。此种系统可以由预先压制的上壳体和下壳体复合而成，也可以直接吹塑或吹制玻璃而成。下半部分抛物面内表面或外表面制作反光表面。在上壳体有一个反置的小型抛物面二次反射镜被一次成型在壳体中心。该二次反射镜的焦点与下半部抛物面反光镜的焦点重合。在下壳体上有一个复合抛物面聚光器被一次成型在下壳体的中心。当此系统在运行时，直射的阳光穿透上部透明盖层到达下部抛物面反射镜被汇聚到抛物面焦点，然后进一步发散到二次反射镜，并在那里被汇聚成平行光束。此平行光束进一步传播到达复合抛物面聚光器。复合抛物面聚光器作为辅助光学系统将汇聚阳光收集到接收器。这种系统具有以下优点：①太阳光接收和转化装置可安装在聚光器的下部，大大简化了系统设计；②免除了支架结构，节约了材料，同时也消除了遮光；③辅助光学系统被集成在聚光器中，并一次成型；(4)二次聚光器被集成在聚光器中，并一次成型。通过上述途径，将二次反射光和光学辅助系统集成在聚光器中，以进一步简化系统结构，使系统成为一个整体。

附图说明：

附图对本项发明的要点进行了解释和说明：

图1聚光器整体结构；

图2组成聚光器的一个构件；

图3组成聚光器的另一个构件；

图4另一实施例，整体式聚光器的构成形式。

具体实施方式：

下面结合附图对本项发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，太阳聚光器由模压的轻型廉价构件组装而成，采用的材料为玻璃或塑料。太阳聚光器由上下两部分组成，上部是一个透明的盖子，下部是一个碟形凹面抛物面，上下两部分密闭组合成中空结构，下部碟形凹面抛物面的内表面上制备有金属反光膜层，太阳光从上部透明顶盖照射到下部金属反光膜层上之后，再反射并聚焦到抛物面的焦点上。

如图2所示，在上部透明盖层20成型的过程中，一个中部向上的凸起也一并被成型。此突起的中部是一个倒置的抛物面10，抛物面的内表面制备金属反光膜层。抛物面10的焦点与下半部抛物面30的焦点重合。

如图3所示，在成型下半部碟形凹面抛物面30时，一个复合抛物面聚光器40也一并被成型。此复合抛物面聚光器的内表面制备反光层并作为辅助光学系统为接收器收集聚焦后的太阳光。

太阳聚光器的工作原理：

此型太阳光聚光器的工作原理可进一步阐释如下。当入射的太阳光穿透上半部透明盖层20到达凹型抛物面反射面30后，将被汇聚到其焦点上。聚焦以后的太阳光将进一步发散至二次聚光器10。二次聚光器10位于上半部透明盖层的中部。由于二次聚光器10是一个倒置的抛物面，其焦点与抛物面30的焦点重合，聚焦后的太阳光将被反射回来形成平行光束。此平行光束将被复合抛物面聚光器40收集到位于其底部的的接收器和转化器上。此接收器可以是太阳电池，换热器或其他能量转化器件。

图4是此种聚光器的另一种实施例，整体式太阳聚光器。这种聚光器用吹制的方法获得，材料选用质轻价廉的玻璃或塑料。此薄壁腔体在成型时，同时成型出类似瓶颈型的开口40用于沟通腔体内部和外界大气。聚光器反射面内侧表面或外侧表面涂有金属反光涂层。

整体一次成型的薄壁墙体结构本身即具有强固的机械结构，可以独自抵抗风压，而无需额外的加强结构。此封闭的整体式结构可以很好地维持其几何形状，保持良好的聚光特性。一定厚度和硬度的材料即可维持其形状，而无需充气和气压维持装置。

二次聚光器和复合抛物面聚光器辅助光学系统都是一次整体成型集成进入此聚光器系统的。其中复合抛物面聚光器还起着通气和连接聚光器和其它系统的作用。

图1和图4所示为对称的上半部和下半部聚光器结构。事实上上半部聚光器可以有各种各样不同于下半部的形状。上半部可以是柱状的也可以是半球状的。

系统的优点：

通过上面的阐述，系统的优点就比较明显了。中空封闭结构的聚光器可以由质轻，廉价和非硬质材料进行制造，但依然具有足够的机械强度以抵抗风压。此封闭结构的聚光器在制造过程中和使用过程中都能维持良好的几何形状。作为封闭结构的自然组成部分，二次聚光器和复合抛物面聚光器的引入彻底免除了接收器支架，消除了遮挡，增强了聚光效率。复合抛物面聚光器的引入还降低了系统对跟踪精度的要求。

上述中空且具有二次聚光功能的聚光器是一种重量轻、价格低廉、结构简单紧凑的太阳能聚光器，这种聚光器能够防止灰尘和其他污物损害光反射面，本项发明的目的是要获得一种质量轻、耐用且跟踪太阳所需能量低并易于控制的聚光装置。

Claims (12)

1.一种太阳聚光器由如下部分构成：上半部透明盖层；下半部盖层；二次反射镜；复合抛物面聚光器；和一个制备在下半部盖层上的反光层；这个下半部盖层被成型为反射曲面使得其上的反光层可以汇聚入射的光。

2.根据权利要求1所述的太阳聚光器，其下部盖层为抛物面。

3.根据权利要求1所述的太阳聚光器，其反光面为金属薄层或镜面。

4.根据权利要求1所述的太阳聚光器，其二次反射镜的形状为抛物面。

5.根据权利要求1所述的太阳聚光器，其二次反射镜为上半部透明盖层的一个组成部分。

6.根据权利要求4，其二次反射镜在上部透明层成型时形成。

7.根据权利要求6，其二次反射镜内表面上涂有金属反光层。

8.根据权利要求1，复合抛物面聚光器为下半部盖层的一个组成部分。

9.根据权利要求8，复合抛物面聚光器在下半部盖层成型时形成。

10.根据权利要求8，复合抛物面聚光器内表面上涂有金属反光涂层。

11.根据权利要求1，上半部透明层和下半部盖层之间结合构成封闭结构。

12.根据权利要求11所述的封闭结构，其整体也可一次成型。

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