CN104793325A

CN104793325A - 一种大功率组合式太阳能聚光器

Info

Publication number: CN104793325A
Application number: CN201510216188.8A
Authority: CN
Inventors: 张德胜
Original assignee: XINJIANG YIJIN ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XINJIANG YIJIN ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-05-02
Filing date: 2015-05-02
Publication date: 2015-07-22

Abstract

本发明提供一种大功率组合式太阳能聚光器，包括：至少一组以上聚光单元、四次平面反射镜、五次平面反射镜；聚光单元包括：框架、菲涅尔透镜、凹透镜、一次平面反射镜、组合平面反射镜体、三次平面反射镜；在每个菲涅尔透镜的中心轴线上设置有一个凹透镜，得到平行输出的聚光平行光线。通过一次平面反射镜、组合平面反射镜体、三次平面反射镜、四次平面反射镜、五次平面反射镜对光线的折叠作用，使聚光器的体积更小，有利于降低成本。五次反射光线汇集了多组聚光单元形成的聚光光线，具有更高的聚光能量。

Description

一种大功率组合式太阳能聚光器

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种对太阳光进行聚光的光学装置。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭。充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规化石能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，减缓气候变化，保护人类赖以生存的生态环境。

在众多的太阳能利用技术中，最为常见的有太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳能热水器等。目前，在太阳能光伏发电中，绝大多数采用的是硅电池片的光伏发电技术，而硅电池片只将到达地面的太阳能的15%左右的能量转换为电能，总体利用效率比较低。

太阳能光热发电技术中，主要是先对太阳光进行聚光，达到中高温后，再利用其热量进行发电。包括太阳能光伏发电技术在内，目前的聚光技术主要有反射式聚光和透射式聚光两类。反射式聚光主要有塔式、碟式、槽式、和线性菲涅尔四种形式。透射式聚光主要采用普通的圆弧面透镜和菲涅尔透镜两种形式。而太阳能是一种能量密度比较低的资源，因此要求无论是反射式聚光还是透射式聚光，都要求将采光面积设置的比较大。而普通的圆弧面透镜要做得比较大时，其工艺成本就会直线上升，尤其是重量太大，一般只在天文望远镜等特殊场合使用。

菲涅尔透镜的面积做得比较大时，也存在加工工艺难、成本过高的问题。菲涅尔透镜还具有较大的光学损失，包括反射损失、吸收损失、工艺性损失以及结构损失，其中工艺性损失是由于透镜成型对理想透镜轮廓进行修改而导致部分光线发散引起的光学损失,比如脱模锥度、圆角等。结构损失是由于菲涅尔透镜采用棱镜元组成的不连续曲面取代一般透镜的连续球面而导致部分光线发散引起的光学损失。例如，对于平面朝外的菲涅尔透镜，由于楞高会遮挡部分折射光线，使得从第二楞开始就出现部分透射光发散。对于平面朝内的菲涅尔透镜，当透镜焦距小于某临界值时，出射界面上入射角大于其全反射角，使透射光不能到达设定的焦斑范围内而损失。同时，菲涅尔透镜的焦径比通常控制在0.8—1.4之间，在透镜与聚光点之间有较大空间，从而加大了支架或框架的尺寸，从而使成本升高。

发明内容

为了克服普通的圆弧面透镜以及菲涅尔透镜集光尺寸较大时，产生的工艺难度极大，成本过高，以及光学损失损失大等的缺点和不足，本发明提供一种大功率组合式太阳能聚光器，能够在不明显增加菲涅尔透镜工艺难度、充分利用现有菲涅尔透镜产品的基础上，实现更大集光面积的集光与聚光，得到更高能量密度的太阳辐射能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种大功率组合式太阳能聚光器，包括：至少一组以上聚光单元、四次平面反射镜、五次平面反射镜；聚光单元包括：框架、菲涅尔透镜、凹透镜、一次平面反射镜、组合平面反射镜体、三次平面反射镜；组合平面反射镜体上设置有4个反射面，两个不相邻的反射面之间相互垂直，两个相邻的反射面之间的夹角为120°，4个反射面的大小相同，能够反射光线；将4个尺寸大小一致的菲涅尔透镜，通过框架固定在同一平面上；在每个菲涅尔透镜的中心轴线上设置有一个凹透镜，通过公知的技术形成可以将平行的入射光进行变换，得到平行输出的聚光平行光线，入射光与聚光平行光线的传播方向相同；一次平面反射镜设置在凹透镜输出聚光平行光线的一侧，并将聚光平行光线反射成为一次反射光线，聚光平行光线与一次反射光线之间相互垂直，一次反射光线指向组合平面反射镜体上的一个反射面，与菲涅尔透镜所处的平面平行；组合平面反射镜体设置在4个菲涅尔透镜的中心位置，并且根据组合平面反射镜体上4个反射面之间的空间组合和公知的光学规律，能够将4个一次平面反射镜反射过来的一次反射光线，反射成为一束二次反射光线；二次反射光线与4束一次反射光线之间相互垂直，并且与聚光平行光线的传播方向相反；三次平面反射镜设置在组合平面反射镜体和菲涅尔透镜之间的位置上，能够将二次反射光线反射为三次反射光线，三次反射光线与二次反射光线之间相互垂直；两组相邻的聚光单元分别形成的三次反射光线设置在同一直线上，传播方向相反，与菲涅尔透镜所处的平面平行。

多组聚光单元的菲涅尔透镜设置在同一个平面上，四次平面反射镜设置在两组聚光单元中间位置，四次平面反射镜由两个相互垂直的反射面组成，能够将两组聚光单元分别形成的三次反射光线反射为四次反射光线，四次反射光线与三次反射光线之间相互垂直，与菲涅尔透镜所处的平面平行；五次平面反射镜由两个相互垂直的反射面组成，设置在四次反射光线传播的光路上，两个反射面分别将一组四次平面反射镜和另一组四次平面反射镜传播来的四次反射光线，反射成为五次反射光线；五次反射光线与四次反射光线相互垂直，与菲涅尔透镜所处的平面垂直，传播方向与聚光平行光线相同。其有益效果是：五次反射光线汇集了多组聚光单元形成的聚光光线，具有更高的聚光能量，通过一次平面反射镜、组合平面反射镜体、三次平面反射镜、四次平面反射镜、五次平面反射镜对光线的折叠作用，使本发明提供一种大功率组合式太阳能聚光器的体积更小，有利于降低成本。

附图说明

图1是本发明的聚光单元的立体结构原理及光路示意图。

图2是本发明的聚光单元的正视图。

图3是本发明的聚光单元的左视图。

图4是本发明的聚光单元的底视图。

图5是本发明的组合平面反射镜体的顶视图。

图6是本发明的组合平面反射镜体的正视图。

图7是本发明的组合平面反射镜体的立体示意图。

图8是本发明的顶视结构图。

图9是本发明的正视结构图。

图10是本发明的左视结构图。

图11是本发明的底部光路结构示意图。

图12是本发明的立体结构原理及光路示意图。

图中标号说明如下：

6-框架、7-菲涅尔透镜、8-凹透镜、9-聚光单元、10-反射面、11-一次平面反射镜、12-组合平面反射镜体、13-三次平面反射镜、14-四次平面反射镜、15-五次平面反射镜、19-入射光、20-聚光平行光线、21-一次反射光线、22-二次反射光线、23-三次反射光线、24-四次反射光线、25-五次反射光线。

具体实施方式

如图8、图9、图10、图11、图12所示，本发明提供一种大功率组合式太阳能聚光器，包括：至少一组以上聚光单元9、四次平面反射镜14、五次平面反射镜15。

如图1、图2、图3、图4所示，聚光单元9包括：框架6、菲涅尔透镜7、凹透镜8、一次平面反射镜11、组合平面反射镜体12、三次平面反射镜13。

如图5、图6、图7所示，组合平面反射镜体12上设置有4个反射面10，两个不相邻的反射面10之间相互垂直，两个相邻的反射面10之间的夹角为120°，4个反射面10的大小相同，能够反射光线。

如图1、图2、图3、图4所示，将4个尺寸大小一致的菲涅尔透镜7，通过框架6固定在同一平面上；在每个菲涅尔透镜7的中心轴线上设置有一个凹透镜8，通过公知的技术形成可以将平行的入射光19进行变换，得到平行输出的聚光平行光线20，入射光19与聚光平行光线20的传播方向相同；一次平面反射镜11设置在凹透镜8输出聚光平行光线20的一侧，并将聚光平行光线20反射成为一次反射光线21，聚光平行光线20与一次反射光线21之间相互垂直，一次反射光线21指向组合平面反射镜体12上的一个反射面10，与菲涅尔透镜7所处的平面平行；组合平面反射镜体12设置在4个菲涅尔透镜7的中心位置，并且根据组合平面反射镜体12上4个反射面10之间的空间组合和公知的光学规律，能够将4个一次平面反射镜11反射过来的一次反射光线21，反射成为一束二次反射光线22；二次反射光线22与4束一次反射光线21之间相互垂直，并且与聚光平行光线20的传播方向相反；三次平面反射镜13设置在组合平面反射镜体12和菲涅尔透镜7之间的位置上，能够将二次反射光线22反射为三次反射光线23，三次反射光线23与二次反射光线22之间相互垂直；两组相邻的聚光单元9分别形成的三次反射光线23设置在同一直线上，传播方向相反，与菲涅尔透镜7所处的平面平行。

如图8、图9、图10、图11、图12所示，多组聚光单元9的菲涅尔透镜7设置在同一个平面上，四次平面反射镜14设置在两组聚光单元9中间位置，四次平面反射镜14由两个相互垂直的反射面组成，能够将两组聚光单元9分别形成的三次反射光线23反射为四次反射光线24，四次反射光线24与三次反射光线23之间相互垂直，与菲涅尔透镜7所处的平面平行；五次平面反射镜15由两个相互垂直的反射面组成，设置在四次反射光线24传播的光路上，两个相互垂直的反射面分别将一组四次平面反射镜14和另一组四次平面反射镜14传播来的四次反射光线24，反射成为五次反射光线25；五次反射光线25与四次反射光线24相互垂直，与菲涅尔透镜7所处的平面垂直，传播方向与聚光平行光线20相同。其有益效果是：五次反射光线25汇集了多组聚光单元9形成的聚光光线，具有更高的聚光能量，通过一次平面反射镜11、组合平面反射镜体12、三次平面反射镜13、四次平面反射镜14、五次平面反射镜15对光线的折叠作用，使本发明提供一种大功率组合式太阳能聚光器的体积更小，有利于降低成本。

Claims

1.一种大功率组合式太阳能聚光器，包括：至少一组以上聚光单元(9)、四次平面反射镜（14）、五次平面反射镜（15），其特征在于：

聚光单元（9）包括：框架（6）、菲涅尔透镜（7）、凹透镜（8）、一次平面反射镜（11）、组合平面反射镜体（12）、三次平面反射镜（13）；组合平面反射镜体（12）上设置有4个反射面（10），两个不相邻的反射面（10）之间相互垂直，两个相邻的反射面（10）之间的夹角为120°，4个反射面（10）的大小相同，能够反射光线；4个尺寸大小一致的菲涅尔透镜（7），通过框架（6）固定在同一平面上；每个菲涅尔透镜（7）的中心轴线上设置有一个凹透镜（8），将平行的入射光（19）变换为平行输出的聚光平行光线（20），入射光（19）与聚光平行光线（20）的传播方向相同；一次平面反射镜（11）设置在凹透镜（8）输出聚光平行光线（20）的一侧，并将聚光平行光线（20）反射成为一次反射光线（21），聚光平行光线（20）与一次反射光线（21）之间相互垂直，一次反射光线（21）指向组合平面反射镜体（12）上的一个反射面（10），与菲涅尔透镜（7）所处的平面平行；组合平面反射镜体（12）设置在4个菲涅尔透镜（7）的中心位置，能够将4个一次平面反射镜（11）反射过来的一次反射光线（21），反射成为一束二次反射光线（22）；二次反射光线（22）与4束一次反射光线（21）之间相互垂直，并且与聚光平行光线（20）的传播方向相反；三次平面反射镜（13）设置在组合平面反射镜体（12）和菲涅尔透镜（7）之间的位置，能够将二次反射光线（22）反射为三次反射光线（23），三次反射光线（23）与二次反射光线（22）之间相互垂直；两组相邻的聚光单元（9）分别形成的三次反射光线（23）设置在同一直线上，传播方向相反，与菲涅尔透镜（7）所处的平面平行；多组聚光单元（9）的菲涅尔透镜（7）设置在同一个平面上，四次平面反射镜（14）设置在两组聚光单元（9）中间位置，四次平面反射镜（14）由两个相互垂直的反射面组成，能够将两组聚光单元（9）分别形成的三次反射光线（23）反射为四次反射光线（24），四次反射光线（24）与三次反射光线（23）之间相互垂直，与菲涅尔透镜（7）所处的平面平行；五次平面反射镜（15）由两个相互垂直的反射面组成，设置在四次反射光线（24）传播的光路上，两个相互垂直的反射面分别将一组四次平面反射镜（14）和另一组四次平面反射镜（14）传播来的四次反射光线（24），反射成为五次反射光线（25）；五次反射光线（25）与四次反射光线（24）相互垂直，与菲涅尔透镜（7）所处的平面垂直，传播方向与聚光平行光线（20）相同。