CN107272176B - 一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法 - Google Patents

一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107272176B
CN107272176B CN201710515520.XA CN201710515520A CN107272176B CN 107272176 B CN107272176 B CN 107272176B CN 201710515520 A CN201710515520 A CN 201710515520A CN 107272176 B CN107272176 B CN 107272176B
Authority
CN
China
Prior art keywords
square
solar energy
vertex
spherical mirror
coordinate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710515520.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107272176A (zh
Inventor
宋海峰
王振声
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DALIAN GREAT OCEAN NEW ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
Original Assignee
DALIAN GREAT OCEAN NEW ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DALIAN GREAT OCEAN NEW ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd filed Critical DALIAN GREAT OCEAN NEW ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority to CN201710515520.XA priority Critical patent/CN107272176B/zh
Publication of CN107272176A publication Critical patent/CN107272176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107272176B publication Critical patent/CN107272176B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0019—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors)
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0038—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
    • G02B19/0042—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种太阳能碟式聚光镜系统，包括太阳能碟式聚光镜和位于所述太阳能碟式聚光镜的焦平面附近的吸热器，所述太阳能碟式聚光镜由M个球面镜拼接而成，所述球面镜的反射面呈四边形曲面，所述四边形曲面的四个顶点位于同一旋转抛物面上，M个所述球面镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影均为正方形且面积相等。本发明还公开了一种设计太阳能碟式聚光镜系统的方法。本发明采用容易加工的球面镜，减少了反射镜面单元数量和制造模具数量，减少了加工制造成本，提高光学精度；系统工作过程中由于环境和其他因素造成的形变误差较小，光学稳定度高；光斑均匀度较高，形状易调。

Description

一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法
技术领域
本发明涉及光热发电技术领域，具体地说是一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法。
背景技术
现有的碟式聚光镜的镜面主要采用旋转抛物面，由于加工工艺的极限，抛物面须分割为多个单元，这些单元按照对称性又分为数组，每一组上有几个单元就需要几个镜面制造模具，单元划分得越多，聚光镜光学特性越好，但是需要的镜片制造模具也增多；同时也因镜片单元边沿的缝隙造成的光截断损失量加大。在加工工艺上，每个镜片单元的镜面都呈双曲面。整个光学系统在吸收器平面形成固定形状光斑。
现有技术和产品存在以下问题：
1、单元镜片模具数量多，增加加工制造成本；
2、每个镜片单元都是双曲面，加工难度大，误差大，单元对称性差，系统工作中由于形变带来的光学误差大；
3、系统聚光形成的光斑固定，光斑的能量密度梯度分布固定，光斑能流分布梯度可调难度系数大。
发明内容
根据上述提出的现有技术的加工制造成本高，难度大，误差大，系统聚光形成的光斑固定，光斑的能量密度梯度分布固定，光斑能流分布梯度可调难度系数大等技术问题，而提供一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种太阳能碟式聚光镜系统，包括太阳能碟式聚光镜和位于所述太阳能碟式聚光镜的焦平面附近的吸热器，所述太阳能碟式聚光镜由M个球面镜拼接而成，所述球面镜的反射面呈四边形曲面，所述四边形曲面的四个顶点位于同一抛物面上，M个所述球面镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影均为正方形且面积相等。
所述球面镜在经过所述球面镜顶点的切面上的正投影为四边形，即某一球面镜与其相邻的球面镜之间的拼接线在经过这一球面镜顶点的切面上的正投影为四边形；所述球面镜的口径中心在经过所述球面镜顶点的切面上的正投影与所述四边形的中心重合，所述M个球面镜的焦点和所述旋转抛物面的焦点重合。
所述M个四边形曲面中至少有一个四边形曲面的不相邻的两个顶点位于经过所述旋转抛物面顶点的抛物线上。
在直角坐标系xyz空间内，所述旋转抛物面的方程为：z＝A(x2+y2)，z≥0，
所述正方形的面积满足如下关系：
W＝DNI*S*μ*a1*a2*a3，
其中，S为M个所述正方形面积之和的等效面积，m2；
W为所述太阳能碟式聚光镜的额定功率，W；
μ为所述太阳能碟式聚光镜的光截取效率；
DNI为太阳直射常数，W/m2；
a1为所述球面镜的反射率；
a2为吸热器的转换效率；
a3为大气吸收系数；
所述A满足如下关系：
A＝1/4f，
z＝A(x2+y2)，
其中，f为所述旋转抛物面的焦距，m；
b/2为所述太阳能碟式聚光镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影边缘到所述旋转抛物面顶点的最大距离，m；
α为边缘角，所述边缘角为所述旋转抛物面的焦点与所述太阳能碟式聚光镜的最边缘的连线与所述旋转抛物面的对称轴的夹角；
所述球面镜的曲率半径r满足如下关系：
其中，tanK＝z'(x1，y1)，
坐标(x1，y1)为所述正方形的中心坐标，
K为经过所述球面镜顶点的切面与经过所述旋转抛物面顶点的切面之间的夹角；
所述球面镜的深度h满足如下关系：
其中，l为所述四边形的长对角线的一半，
所述l通过如下方法确定，
1)根据所述S和所需所述吸热器上光斑形状确定所述正方形的个数M和M个所述正方形的排布方式，相邻所述正方形之间设有间隙，所述间隙为10mm-20mm，从而得到所述太阳能碟式聚光镜系统在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影；
2)在经过所述旋转抛物面顶点的切面上建立空间直角坐标系xyz，xoy平面与经过所述旋转抛物面顶点的切面重合，从而在xoy平面内确定M个所述正方形四个交点的坐标以及M个正方形中心的坐标；
3)将每个所述正方形四个交点的坐标和每个正方形中心的坐标分别带入到z＝A(x2+y2)并通过Matlad软件计算得到每个正方形四个交点对应的所述四边形曲面四个顶点的坐标，每个正方形对应的所述球面镜的口径中心的坐标和每个正方形对应的所述四边形曲面的不相邻顶点之间的连线长度。
所述边缘角为45°，当边缘角为45°时，所述太阳能碟式聚光镜的光截取效率最大。
所述M为偶数。
本发明还公开了一种设计太阳能碟式聚光镜系统的方法，具有如下步骤：
1)计算S，所述S满足如下关系：
W＝DNI*S*μ*a1*a2*a3，
其中，S为M个所述正方形面积之和的等效面积，m2；
W为所述太阳能碟式聚光镜的额定功率，W；
μ为所述太阳能碟式聚光镜的光截取效率；
DNI为太阳直射常数，W/m2；
a1为所述球面镜的反射率；
a2为吸热器的转换效率；
a3为大气吸收系数；
2)根据所述S和所需所述吸热器上光斑形状确定所述正方形的个数M和M个所述正方形的排布方式，相邻所述正方形之间设有间隙，所述间隙为10mm-20mm，从而得到所述太阳能碟式聚光镜系统在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影；
3)在经过所述旋转抛物面顶点的切面上建立空间直角坐标系xyz，xoy平面与经过所述旋转抛物面顶点的切面重合，从而在xoy平面内确定M个所述正方形四个交点的坐标以及M个正方形中心的坐标；
4)计算A，所述A满足如下关系：
A＝1/4f，
z＝A(x2+y2)，
其中，f为所述旋转抛物面的焦距，m；
b/2为所述太阳能碟式聚光镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影边缘到所述旋转抛物面顶点的最大距离，m；
α为边缘角；
5)将每个所述正方形四个交点的坐标和每个正方形中心的坐标分别带入到z＝A(x2+y2)并通过Matlad软件计算得到每个正方形四个交点对应的所述四边形曲面的四个顶点的坐标，每个正方形对应的所述球面镜的口径中心的坐标和每个正方形对应的所述四边形曲面的不相邻顶点之间的连线长度；
6)所述球面镜的曲率半径r满足如下关系：
其中，tanK＝z'(x1，y1)，
坐标(x1，y1)为所述正方形的中心坐标，
K为经过所述球面镜顶点的切面与经过所述旋转抛物面顶点的切面之间的夹角；
所述球面镜的深度h满足如下关系：
其中，l为所述四边形的长对角线的一半。
与现有技术相比，本发明不需要加工双曲面的反射镜片单元，取而代之的是加工容易加工的球面镜，由于球面镜加工比较容易，故可加大口径，减少反射镜面单元数量，减少制造模具数量，进而减少加工制造成本，提高光学精度；球面镜顶点与球心连线经过长对角线中心，具有对称性，故系统工作过程中由于环境和其他因素造成的形变误差较小，光学稳定度高，而传统非对称抛物面单元则无法达到此效果；因所述球面镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影为正方形，其光斑同样为正方形，光斑均匀度较高，形状易调；若需要不同形状的光斑则只需改变正方形的阴影线性排布即可。
基于上述理由本发明可在光热发电技术等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的具体实施方式中的太阳能碟式聚光镜系统的结构示意图及其投影图。
图2是本发明的具体实施方式中的太阳能碟式聚光镜系统的光学路径示意图。
图3是本发明的具体实施方式中的球面镜的结构示意图。
图4是本发明的具体实施方式中球面镜第一象限在水平面的投影。
具体实施方式
实施例1
如图1-图3所示，一种太阳能碟式聚光镜系统，包括太阳能碟式聚光镜1和位于所述太阳能碟式聚光镜1的焦平面附近的吸热器2，所述太阳能碟式聚光镜1由M个球面镜3拼接而成，所述球面镜3的反射面呈四边形曲面，所述四边形曲面的四个顶点位于同一旋转抛物面上，M个所述球面镜3在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影均为正方形4且面积相等。
所述球面镜3在经过所述球面镜3顶点的切面上的正投影为四边形，即某一球面镜3与其相邻的球面镜3之间的拼接线在经过这一球面镜3顶点的切面上的正投影为四边形；所述球面镜3的口径中心在经过所述球面镜3顶点的切面上的正投影与所述四边形的中心重合，所述M个球面镜3的焦点和所述旋转抛物面的焦点重合，
所述M个四边形曲面中至少有一个四边形曲面的不相邻的两个顶点位于经过所述旋转抛物面顶点的抛物线上。
在直角坐标系xyz空间内，所述旋转抛物面的方程为：z＝A(x2+y2)，z≥0，
所述正方形4的面积满足如下关系：
W＝DNI*S*μ*a1*a2*a3，
其中，S为M个所述正方形4面积之和的等效面积，m2；
W为所述太阳能碟式聚光镜1的额定功率，W；
μ为所述太阳能碟式聚光镜1的光截取效率；
DNI为太阳直射常数，W/m2；
a1为所述球面镜3的反射率；
a2为吸热器2的转换效率；
a3为大气吸收系数；
所述A满足如下关系：
A＝1/4f，
z＝A(x2+y2)，
其中，f为所述旋转抛物面的焦距，m；
b/2为所述太阳能碟式聚光镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影边缘到所述旋转抛物面顶点的最大距离，m；
α为边缘角，α＝45°；；
所述球面镜3的曲率半径r满足如下关系：
其中，tanK＝z'(x1，y1)，
坐标(x1，y1)为所述正方形的中心坐标，
K为经过所述球面镜3顶点的切面与经过所述旋转抛物面顶点的切面之间的夹角；
所述球面镜3的深度h满足如下关系：
其中，l为所述四边形的长对角线的一半，
所述l通过如下方法确定，
1)根据所述S和所需所述吸热器2上光斑形状确定所述正方形4的个数M和M个所述正方形4的排布方式，相邻所述正方形4之间设有间隙，所述间隙为10mm-20mm，从而得到所述太阳能碟式聚光镜1在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影；
2)在经过所述旋转抛物面顶点的切面上建立空间直角坐标系xyz，xoy平面与经过所述旋转抛物面顶点的切面重合，从而在xoy平面内确定M个所述正方形4四个交点的坐标以及M个正方形4中心的坐标；
3)将每个所述正方形4四个交点的坐标和每个正方形4中心的坐标分别带入到z＝A(x2+y2)并通过Matlad软件计算得到每个正方形4四个交点对应的所述四边形曲面的四个顶点的坐标，每个正方形4对应的所述球面镜3的口径中心的坐标和每个正方形4对应的所述四边形曲面的不相邻顶点之间的连线长度。
实施例2
一种设计太阳能碟式聚光镜系统的方法，具有如下步骤：
1)计算S，所述S满足如下关系：
W＝DNI*S*μ*a1*a2*a3，
其中，S为M个所述正方形4面积之和的等效面积，m2；
W为所述太阳能碟式聚光镜1的额定功率，W，本实施例中，W＝6000W；
μ为所述太阳能碟式聚光镜1的光截取效率，由于α＝45°，所以所述太阳能碟式聚光镜1的光截取效率最大，μ＝0.9；
DNI为太阳直射常数，W/m2，DNI＝900W/m2；
a1为所述球面镜3的反射率，a1＝0.93；
a2为吸热器2的转换效率，a2＝0.4(由吸热器2决定，如光伏太阳能板单晶硅约15％)；
a3为大气吸收系数(聚焦过程中空气带走焦面附近热量)，a3＝0.9；
6000＝900*S*0.9*0.93*0.4*0.9；
求得S＝22.12m2；
2)根据所述S和所需所述吸热器2上光斑形状确定所述正方形4的个数M和M个所述正方形4的排布方式，
M个所述正方形4面积之和的实际面积比S大3％-5％，因此，M个所述正方形4面积之和的实际面积为22.7836～23.226m2；
由于所述正方形4的面积不宜过大，在1.5m2左右，因此，由(22.7836～23.226)/1.5大于15可知，M＝16。
从而确定所示正方形4的个数为16，面积为1200mm*1200mm，所述正方形4的排布方式为16个所述正方形4拼接成一个大的正方形，所述大的正方形的中点与所述如图1的太阳能碟式聚光镜1的投影图所示，相邻所述正方形4之间设有间隙，所述间隙为20mm，从而得到所述太阳能碟式聚光镜1在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影；
3)在经过所述旋转抛物面顶点的切面上建立空间直角坐标系xyz，xoy平面与经过所述旋转抛物面顶点的切面重合，所述16个所述正方形4拼接成一个大的正方形的中点与O点重合，从而在xoy平面内确定16个所述正方形4四个交点的坐标以及16个正方形4中心的坐标；
4)计算A，所述A满足如下关系：
A＝1/4f，
z＝A(x2+y2)，
其中，f为所述旋转抛物面的焦距，m；
b/2为所述太阳能碟式聚光镜1在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影边缘到所述旋转抛物面顶点的最大距离，m，即所述16个所述正方形4拼接成一个大的正方形的对角线的一半，经过测量b/2＝3.437m；
α＝45°；
求得A＝1/16593.1，f＝4.1483m；
5)将每个所述正方形4四个交点的坐标和每个正方形4中心的坐标分别带入到z＝A(x2+y2)并通过Matlad软件计算得到每个正方形4四个交点对应的所述四边形曲面的四个顶点的坐标，每个正方形4对应的所述球面镜3的口径中心的坐标和每个正方形4对应的所述四边形曲面的不相邻顶点之间的连线长度；
6)所述球面镜3的曲率半径r满足如下关系：
其中，tanK＝z'(x1，y1)，
坐标(x1，y1)为所述正方形4的中心坐标，
K为经过所述球面镜3顶点的切面与经过所述旋转抛物面顶点的切面之间的夹角；
所述球面镜3的深度h满足如下关系：
其中，l为所述四边形的长对角线的一半。
由于所述16个所述正方形4拼接成一个大的正方形的中点与O点重合，所以只计算第一象限，其他象限关于O点对称；
参数设置，A1-A4矩阵分别存储位于第一象限内的每个正方形4(一共四个正方形4)四个交点的坐标，C1矩阵存储位于第一象限内的每个正方形4(一共四个正方形4)中心的坐标；
B为计算结果，每个正方形4(一共四个正方形4)四个交点对应的所述四边形曲面的四个顶点的坐标，一共16个，每行代表一个坐标，共16行3列；
r为球面镜3的曲率半径，h为深度，l为所述四边形的长对角线的一半，即所述球面镜3的口径半径，
经计算得焦距f＝4148.3mm，抛物面方程为x2+y2＝z/16593.1，
计算结果输出单位为mm，所述正方形4的边长为d1，
计算过程如下：
程序开始
clc；
clear；
f＝4148.3；
d1＝1200；
载入A1-A4，
A1＝[-2430 2430 0；-2430 1230 0；-1230 1230 0；-1230 2430 0]；
A2＝[-2430 1210 0；-2430 10 0；-1230 10 0；-1230 1210 0]；
A3＝[-1210 1210 0；-1210 10 0；-10 10 0；-10 1210 0]；
A4＝[-1210 2430 0；-1210 1230 0；-10 1230 0；-10 2430 0]；
载入C1，
C1＝[-1830 1830 0；-1830 610 0；-610 610 0；-610 1830 0]；
计算每个正方形4(一共四个正方形4)四个交点对应的所述四边形4曲面的四个顶点的坐标，
A11＝[]；A22＝[]；A33＝[]；A44＝[]；C11＝[]；r＝[]；h＝[]；l＝[]；L1＝[]；
for n＝1:4，
A11(n,1)＝A1(n,1)；A11(n,2)＝A1(n,2)；A11(n,3)＝(A1(n,1)2+A1(n,2)2)/(4*f)；
A22(n,1)＝A2(n,1)；A22(n,2)＝A2(n,2)；A22(n,3)＝(A2(n,1)2+A2(n,2)2)/(4*f)；
A33(n,1)＝A3(n,1)；A33(n,2)＝A3(n,2)；A33(n,3)＝(A3(n,1)2+A3(n,2)2)/(4*f)；
A44(n,1)＝A4(n,1)；A44(n,2)＝A4(n,2)；A44(n,3)＝(A4(n,1)2+A4(n,2)2)/(4*f)；
C11(n,1)＝C1(n,1)；C11(n,2)＝C1(n,2)；C11(n,3)＝(C1(n,1)2+C1(n,2)2)/(4*f)；
end
B＝[A11；A22；A33；A44]；
计算r，h，l，
for i＝1:4
tanK＝(sqrt(C1(i,1)2+C1(i,2)2))*2/(4*f)，镜片水平面投影中点对应的抛物线的斜率，
r(1,i)＝2*cos(atan(tanK))*sqrt(C1(i,1)2+C1(i,2)2+(f-C11(i,3))2)；
计算镜片对角线长度每个镜片两条共8条
l1(i,1)＝sqrt((A((4*i-3),1)-A((4*i-1),1))2+(A((4*i-3),2)-A((4*i-1),2))2+(A((4*i-3),3)-A((4*i-1),3))2)；
l1(i,2)＝sqrt((A((4*i-2),1)-A((4*i),1))2+(A((4*i-2),2)-A((4*i),2))2+(A((4*i-2),3)-A((4*i),3))2)；
判断两条对角线中最长的一条为l
计算球面镜3的深度h，
h(1,i)＝r(1,i)-sqrt(r(1,i)2-l(1,i)2)；
end
计算结果输出。
hold on
patch(A11(:,1),A11(:,2),A11(:,3),'r')；
hold on
patch(A22(:,1),A22(:,2),A22(:,3),'g')；
hold on
patch(A33(:,1),A33(:,2),A33(:,3),'b')；
hold on
patch(A44(:,1),A44(:,2),A44(:,3),'y')；
title('球面镜3第一象限在水平面的投影)')
hold off
disp(‘4个球面镜3的16个顶点坐标x、y、z’)
B
disp(‘4个球面镜3的顶点坐标x、y、z’)
C11
disp(‘4个球面镜3的曲率半径r’)
r
disp(‘4个球面镜3的深度h’)
h
end，
程序结束
结算结果输出
图式输出如图4所示。
4个球面镜3的16个顶点坐标x、y、z：
；
4个球面镜3的顶点坐标x、y、z：
；
4个球面镜3的曲率半径r
r＝
1.0e+03*
8.6909 8.5179 8.3413 8.5179
；
4个球面镜3的深度h：
h＝
45.5728 44.2064 43.7399 44.2064
；
通过以上参数进行加工，得到球面镜3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能碟式聚光镜系统，包括太阳能碟式聚光镜和位于所述太阳能碟式聚光镜的焦平面附近的吸热器，其特征在于：所述太阳能碟式聚光镜由M个球面镜拼接而成，所述球面镜的反射面呈四边形曲面，所述四边形曲面的四个顶点位于同一旋转抛物面上，M个所述球面镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影均为正方形且面积相等；
在直角坐标系xyz空间内，所述旋转抛物面的方程为：z＝A(x2+y2)，z≥0，
所述正方形的面积满足如下关系：
W＝DNI*S*μ*a1*a2*a3，
其中，S为M个所述正方形面积之和的等效面积，m2；
W为所述太阳能碟式聚光镜的额定功率，W；
μ为所述太阳能碟式聚光镜的光截取效率；
DNI为太阳直射常数，W/m2；
a1为所述球面镜的反射率；
a2为吸热器的转换效率；
a3为大气吸收系数；
所述A满足如下关系：
A＝1/4f，
z＝A(x2+y2)，
其中，f为所述旋转抛物面的焦距，m；
b/2为所述太阳能碟式聚光镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影边缘到所述旋转抛物面顶点的最大距离，m；
α为边缘角；
所述球面镜的曲率半径r满足如下关系：
其中，tanK＝z'(x1，y1)，
坐标(x1，y1)为所述正方形的中心坐标，
K为经过所述球面镜顶点的切面与经过所述旋转抛物面顶点的切面之间的夹角；
所述球面镜的深度h满足如下关系：
其中，l为所述四边形的长对角线的一半，
所述l通过如下方法确定，
1)根据所述S和所需所述吸热器上光斑形状确定所述正方形的个数M和M个所述正方形的排布方式，相邻所述正方形之间设有间隙，所述间隙为10mm-20mm，从而得到所述太阳能碟式聚光镜系统在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影；
2)在经过所述旋转抛物面顶点的切面上建立空间直角坐标系xyz，xoy平面与经过所述旋转抛物面顶点的切面重合，从而在xoy平面内确定M个所述正方形四个交点的坐标以及M个正方形中心的坐标；
3)将每个所述正方形四个交点的坐标和每个正方形中心的坐标分别带入到z＝A(x2+y2)并通过Matlad软件计算得到每个正方形四个交点对应的所述四边形曲面的四个顶点的坐标，每个正方形对应的所述球面镜的口径中心的坐标和每个正方形对应的所述四边形曲面的不相邻顶点之间的连线长度。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能碟式聚光镜系统，其特征在于：所述球面镜在经过所述球面镜顶点的切面上的正投影为四边形，所述球面镜的口径中心在经过所述球面镜顶点的切面上的正投影与所述四边形的中心重合，所述M个球面镜的焦点和所述旋转抛物面的焦点重合。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能碟式聚光镜系统，其特征在于：所述M个四边形曲面中至少有一个四边形曲面的不相邻的两个顶点位于经过所述旋转抛物面顶点的抛物线上。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能碟式聚光镜系统，其特征在于：所述边缘角为45°。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能碟式聚光镜系统，其特征在于：所述M为偶数。
6.一种设计权利要求1至5中任一权利要求所述的一种太阳能碟式聚光镜系统的方法，其特征在于具有如下步骤：
1)计算S，所述S满足如下关系：
W＝DNI*S*μ*a1*a2*a3，
其中，S为M个所述正方形面积之和的等效面积，m2；
W为所述太阳能碟式聚光镜的额定功率，W；
μ为所述太阳能碟式聚光镜的光截取效率；
DNI为太阳直射常数，W/m2；
a1为所述球面镜的反射率；
a2为吸热器的转换效率；
a3为大气吸收系数；
2)根据所述S和所需所述吸热器上光斑形状确定所述正方形的个数M和M个所述正方形的排布方式，相邻所述正方形之间设有间隙，所述间隙为10mm-20mm，从而得到所述太阳能碟式聚光镜系统在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影；
3)在经过所述旋转抛物面顶点的切面上建立空间直角坐标系xyz，xoy平面与经过所述旋转抛物面顶点的切面重合，从而在xoy平面内确定M个所述正方形四个交点的坐标以及M个正方形中心的坐标；
4)计算A，所述A满足如下关系：
A＝1/4f，
z＝A(x2+y2)，
其中，f为所述旋转抛物面的焦距，m；
b/2为所述太阳能碟式聚光镜在经过所述旋转抛物面顶点的切面上的正投影边缘到所述旋转抛物面顶点的最大距离，m；
α为边缘角；
5)将每个所述正方形四个交点的坐标和每个正方形中心的坐标分别带入到z＝A(x2+y2)并通过Matlad软件计算得到每个正方形四个交点对应的所述四边形曲面的四个顶点的坐标，每个正方形对应的所述球面镜的口径中心的坐标和每个正方形对应的所述四边形曲面的不相邻顶点之间的连线长度；
6)所述球面镜的曲率半径r满足如下关系：
其中，z＇为z＝A(x2+y2)的一阶导数，tanK＝z'(x1，y1)，
坐标(x1，y1)为所述正方形的中心坐标，
K为经过所述球面镜顶点的切面与经过所述旋转抛物面顶点的切面之间的夹角；
所述球面镜的深度h满足如下关系：
其中，l为所述四边形的长对角线的一半。
CN201710515520.XA 2017-06-29 2017-06-29 一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法 Expired - Fee Related CN107272176B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710515520.XA CN107272176B (zh) 2017-06-29 2017-06-29 一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710515520.XA CN107272176B (zh) 2017-06-29 2017-06-29 一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107272176A CN107272176A (zh) 2017-10-20
CN107272176B true CN107272176B (zh) 2019-07-09

Family

ID=60070586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710515520.XA Expired - Fee Related CN107272176B (zh) 2017-06-29 2017-06-29 一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107272176B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107632380B (zh) * 2017-11-15 2020-06-12 彭忠祥 一种碟式高倍均匀聚光反射镜系统
CN107979338B (zh) * 2018-01-05 2019-04-09 西藏民族大学 太阳能聚光器、太阳能聚光器的制备方法及布局确定方法
CN110941085A (zh) * 2019-10-29 2020-03-31 阳光凯讯(北京)科技有限公司 一种二元复合抛物面可见光通信接收天线设计方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201069482Y (zh) * 2007-08-08 2008-06-04 黄加玉 一种高效获得太阳能的聚光器
KR101313723B1 (ko) * 2010-11-27 2013-10-01 요크공조(주) 태양광 집광 구조와 다중집광 방법 및 태양광 송광장치
WO2013062009A1 (ja) * 2011-10-25 2013-05-02 三菱電機株式会社 照明ユニット及びそれを用いた画像読取装置
CN202583586U (zh) * 2012-05-07 2012-12-05 中海阳新能源电力股份有限公司 球面反射镜组成的抛物面碟式太阳能聚光系统
CN104698577B (zh) * 2013-12-08 2017-12-05 首航节能光热技术股份有限公司 一种焦点固定式非球面太阳聚光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107272176A (zh) 2017-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107272176B (zh) 一种太阳能碟式聚光镜系统及其设计方法
US20100236626A1 (en) Reflective surface for solar energy collector
US20100307586A1 (en) Reflective free-form kohler concentrator
US20160079461A1 (en) Solar generator with focusing optics including toroidal arc lenses
CN107919848A (zh) 一种环形线性菲涅尔高倍聚光器
CN104730602B (zh) 一种聚焦透镜
Hu et al. A novel sun-tracking and target-aiming method to improve the concentration efficiency of solar central receiver systems
Hernández et al. High-performance Köhler concentrators with uniform irradiance on solar cell
MX2014015683A (es) Campo mixto de heliostatos.
Yan et al. Study on the optical performance of novel dish solar concentrator formed by rotating array of plane mirrors with the same size
CN102830715B (zh) 一种光斑实时可调的定日镜调节方法
CN106910245B (zh) 一种槽式抛物面聚光器的图像建模方法
CN107024007B (zh) 基于非成像光学分区多焦点的菲涅尔光热聚光结构和方法
Liu et al. Improving the energy distribution uniformity of solar dish collector system under tracking error using a cavity receiver position adjustment method
US8899763B2 (en) Device for concentrating solar radiation with longitudinal mirrors and a longitudinal receiver
CN107145473B (zh) 一种定日镜面型微弧角度的计算方法
CN106019530A (zh) 一种用于太阳能塔式热利用的聚光定日镜
Schmitz et al. Nonimaging polygonal mirrors achieving uniform irradiance distributions on concentrating photovoltaic cells
JP2016071311A (ja) 非球面単レンズを用いた太陽光の集光装置
CN100526752C (zh) 一种使用高次曲面反射镜收集太阳能的装置
KR102481842B1 (ko) 맞춤형 초점을 형성할 수 있는 다층렌즈
US8553338B1 (en) Non-imaging freeform optical device for use in a high concentration photovoltaic device
CN104350676B (zh) 复色光的聚光器
CN219868554U (zh) 新型圆柱面反射镜拼接槽式太阳能集热系统
CN103630951B (zh) 聚光集热菲涅尔线焦透镜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190709

Termination date: 20200629

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee