CN110325801A

CN110325801A - 太阳能聚光器

Info

Publication number: CN110325801A
Application number: CN201780087010.5A
Authority: CN
Inventors: 乌戈·曼弗雷迪
Original assignee: Sun Gen Co Ltd
Current assignee: Sun Gen Co Ltd
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: WO2018116103A1; US11015839B2; IT201600129373A1; EP3559562B1; ES2844699T3; CN110325801B; EP3559562A1; MA47228A; US20200096234A1

Abstract

一种太阳光线的聚光器(10)，包括：反射体(15)，适于将入射的太阳光线反射向焦点段(SF)，反射的太阳光线在该焦点段(SF)处相交，其中，反射体(15)包括多个反射的第一片材(40)，其沿着与焦点段(SF)平行的侧翼方向彼此并排，且每一第一片材相对于与穿过焦点段(SF)的中点(PM)的且与焦点段自身正交的平面垂直的平面倾斜，其中，每一第一片材(40)包括由多个抛物线(401)限定的反射表面，多个抛物线(401)相对于第一片材(40)的侧翼方向彼此并排，且每一抛物线具有位于顶点段(SV1)上的顶点(Vn1)，顶点段(SV1)联结每一第一片材(40)的抛物线(401)的所有顶点(Vn1)；抛物线(401)具有沿侧翼方向变化的焦距，且配置成使得每一抛物线具有位于焦点段(SF)上的焦点(F1，Fn1，F2)。

Description

太阳能聚光器

技术领域

太阳光聚光器，特别是用于将太阳能转换为电能和/或热能的混合抛物线“碟型槽式”类型的太阳光线聚光器，例如被称为“抛物线渐变群”的太阳能聚光器，或者是由有限元件制成的抛物线类型的太阳光线聚光器，有限元件限定出从一端到另一端具有无限数量个分度的连续体。

背景技术

众所周知，太阳光线传送装置通常由能够反射入射的太阳光线的片材(例如金属材料片材)组成，其被定向为将反射的光线传送在预定区域(zone)内，该预定区域放置有目标(即，光伏电池和/或热交换器和/或热电转换器和/或光催化反应器)。

第一种已知的太阳能聚光器类型，名称为3D抛物线聚光器或者“抛物线碟”，由三维(3D)反射表面(被称为旋转抛物面)组成，因为获得围绕二维抛物线轮廓的轴线的旋转。

3D旋转抛物面是“成像”类型的透镜，其具有高的产量(通常在70％和80％之间)以及具有最大的太阳光线聚光度，在设计良好的透镜中甚至达到5000倍的太阳光线聚光度。然而，对于许多应用而言，高的聚光度也是个问题(放置在焦点中的材料熔化或者被损坏)，并且“成像”透镜在焦点中重复太阳辐射的高斯能量分布，因而在中心处具有高的强度并且强度在从中心离开的方向上降低。高的中心能量峰值可能轻易地损坏热量和光伏吸收剂，而剧烈不规则的流量分布使得将串联连接的光伏电池放置在焦点中变得困难，其流出电流将会受到较小的照射电池的限制。由于这些原因，3D抛物面聚光器仅通过插入“流量均化器”与FV电池组合使用，“流量均化器”用以减弱中心能量峰值并且增加在聚焦区域边缘的可用能量。未正确设计的热接收器在短暂使用一段时间后即可能被聚集的辐射损坏。

“碟型”或者3D抛物面聚光器具有相对复杂的结构，并且必须在两个轴上进行太阳能跟踪，这可以用alt方位角或者极性类型的电机驱动托板制成。对于光伏应用而言，对高性能流量均化器的需求进一步增加了结构的复杂性和潜在的能量损失。3D抛物面的最大聚光度非常高，甚至超过45000倍，这是由热动力学方程C_max＝1/(sen(θ_s))²计算得出，其中，θ_s是太阳半角。然而，3D抛物面的实际聚光度极限包括在1500倍和5000倍之间，因为较高的值将需要非常高的光学精度和跟踪，这与大批量生产不兼容。

第二种已知的传送装置类型，通常被称为抛物柱面聚光器或者PTC(parabolictrough collector，抛物线槽式集热器)聚光器，其由基本矩形的反射片材组成，并且具有平行于片材的纵向轴线的单曲率轴线，单曲率轴线以抛物线形状的横截面来识别。在不同位置中沿着轴线剖开PTC，获得相同焦距的抛物线轮廓。

抛物柱面聚光器足够便宜并且结构简单，需要在单轴上跟踪太阳能，广泛用于热应用以及用于利用热动力涡轮机(CSP,concentrated solar power，聚光太阳能)的电能生产。其主要的限制是可获得的聚光度低(大约70倍)，这使得它不能用于由元素周期表的III-V族半导体制成的多结电池的光伏型应用：低聚光度会使FV电池的大的表面成为必需，因此其成本高。低聚光度还使得其他应用变得不切实际，例如热电转换器(TEG，thermoelectric converter)以及在聚光器的焦点中放置化学及光伏反应器。PTC的产量通常低于“碟型”的产量，并且通常位于50％和60％之间：低产量由单轴跟踪决定，单轴跟踪引入了显著的几何损失(余弦损失)且几何损失随着纬度的增加而增加，以及来自聚光器边缘处的进一步损失。

PTC聚光器反射太阳光线并将它们聚集在平行于曲率轴线的焦点线上，从而识别出焦点段，焦点段即抛物柱面的所有横截面的焦点所在的直线段，其长度等于组成抛物柱面的反射片材的长度。日面(solar disc)的有限尺寸(大约0.5°)设定PTC上的聚光度的理论极限等于C_max＝1/sen(θ_s)＝214.6，其中，θ_s是太阳半角。PTC聚光度的实际极限等于理论值的大约1/3，这使得它不适合用于具有多结电池的光伏应用(利用包括在300倍和1000倍之间的聚光度最佳地工作)，以及不适合用于需要更高聚光度的许多新应用。

第三种相当普遍的太阳能聚光器类型是线性菲涅尔聚光器：一系列的大体扁平形状的反射箔片，将太阳光反射在焦点线上，焦点线在反射箔片上方的固定位置。箔片沿着其轴线铰接并且可以彼此独立地旋转以以改变其倾斜度，以始终保持将太阳光线聚焦在焦点线上，其中，不同箔片的贡献部分重叠以增加聚光度。放置在焦点线附近的次级聚光器，通常是CPC(compound parabolic concentrator，复合抛物线聚光器)类型，可以进一步增加系统的总聚光度。线性菲涅尔聚光器相对于PTC的产量略低，虽然它们可以达到高于100倍的聚光度，但是由于作为它们的特征的许多损耗机制而导致具有相对PTC较低的产量，这在很大程度上归因于反射器和焦点的固定位置，从而不允许白天和年度的最佳表现。

PTC和线性菲涅尔聚光器都仅适于非常大的工厂，否则在边缘处的损失会使系统的产量过低。

对于“密集阵列”类型的聚光光伏应用(HCPV,HCPVT)而言，在先前所知的“传统”聚光器之间，只有“碟型”聚光器可实际使用，而PTC和菲涅尔都没有达到需要的至少300太阳热的聚光度的最低水平。然而，“碟型”聚光器的聚光度过高，尤其是在聚焦区域中具有不均匀光通量，这迫使使用结构复杂的流量均化器。

抛物柱面或者PTC聚光器不适用于轴以外的用途，因为当PTC将光线聚集在倾斜目标上时，由PTC反射的光线中仅一小部分将完全聚焦，而大部分光线将聚焦在目标之前或之后。因此，在目标的平坦表面上的总能量分布呈现出骨形轮廓。

本发明的一个目的是将反射在目标表面(即，光伏板和/或热交换器和/或其他类型的使用)上的光线的不规则问题降低至最小，提供一种保证高水平的太阳能聚光度以及简单、合适且价格低廉的方案。

这些目的通过本发明独立权利要求中描述的特征实现。

从属权利要求概述了本发明的优选的和/或特别有利的方面。

发明内容

本发明提供一种太阳光线的聚光器，包括反射体，反射体适于将入射的太阳光线反射向焦点段，反射的太阳光线在焦点段相交。反射体包括沿着与焦点段平行的侧翼方向彼此并排的多个反射的第一片材，每一第一片材相对于与穿过焦点段的中点且与焦点段自身正交的平面垂直的平面倾斜。其中，每一第一片材包括由多个抛物线限定的反射表面，多个抛物线相对于第一片材的侧翼方向彼此并排，并且每一抛物线具有位于顶点段的顶点，顶点段联结抛物线的所有顶点并与焦点段位于同一平面上。每一第一片材的抛物线具有沿着侧翼方向变化的焦距，并且配置成使得每一抛物线具有位于焦点段上的焦点。

根据该方案，第一片材的能量贡献彼此均匀地相加，并且可以实现表示包括在300倍和1500倍之间的太阳能聚集水平。

实践中，提供了一种“抛物线渐变群”型太阳能聚光器，它是已知的“抛物线槽式”聚光器的概括性说法，它将其使用扩展到高聚光度，还在焦点段获得均匀的光通量(lightflow)，焦点段保持基本矩形的形状。为了达到需要的聚集水平，该聚光器使用多个第一片材，多个第一片材因为它们的构造而在焦点区域中将它们的能量贡献重叠：即使单个聚光器的聚光度不超过大约70倍，但是通过重叠贡献可以相对容易地获得在目标表面上均匀分布的300-1500倍的聚光度。

实践中，由于这种配置，太阳能聚光器将太阳光线聚集在窄且长的矩形面积上，并且允许在该面积中获得适于HCPVT/TEG/热/光化学/光催化应用的均匀反射的太阳光线流(sun ray folw)，还具有明显高于已知的PTC型和菲涅尔型聚光器的效率，等同于3D抛物线型聚光器的效率。

有利地，多个第一片材可以相对于穿过焦点段的中点且与焦点段自身正交的平面对称地布置。

根据本发明的另一方面，太阳能聚光器可以包括形状为抛物柱面的第二片材，第二片材相对于侧翼方向与至少一个第一片材并排，其中抛物柱面包括由相对于侧翼方向彼此并排的多个抛物线限定的反射表面，每一抛物线都具有位于顶点段的顶点，顶点段联结抛物线的所有顶点并且平行于焦点段，其中每一第二片材的抛物线沿着侧翼方向具有恒定的焦距，并且配置成使得每一抛物线具有位于焦点段上的焦点。

通常，当太阳能聚光器具有不均匀数量的反射片材时，使用该第二片材。

优选地，第二片材的与其顶点段正交的中间平面可以和穿过焦点段的中点且与焦点段自身正交的平面重合。

根据本发明的另一方面，多个第一片材可以相对于第二片材对称布置在相对侧上，例如，第一片材的顶点段在第二片材的顶点段的相对侧上(理想地沿着对齐轴线)延伸。

以这种方式有利地增加了反射体可以导向目标的太阳光线的量，因此有利地增加了能量：更高的太阳光聚集水平对应于更多数量的片材。

根据本发明的另一个方面，太阳能聚光器可以包括介于反射体和焦点段之间的辅助透镜。

辅助透镜可以位于聚光器和焦点段之间或者焦点段之外，实际上在焦点段之外与焦点目标保持距离，以允许由主聚光器聚焦的光线稍微发散，从而允许辅助透镜对位于焦点段之外的焦点目标产生更加均匀的布光(lighting)。通过辅助透镜，还可以将反射体反射的太阳管线进一步地聚集和均匀。

根据本发明的另一方面，反射体是单一的。

根据该方案，可以获得坚固且易于安装的太阳能聚光器。此外，该方案可以不必在现场对不同组成部分的反射片材进行光学对齐。

根据本发明的另一方面，聚光器可以包括太阳能跟踪支承结构，其适于支撑和定向反射体。

根据该方案，聚光器可以在一天中的大部分时间保持在最大产量附近。

根据本发明的另一方面，支承结构可以包括固定基部和可移动地连接到基部的壳体，其中，壳体由网格梁形成。

通过这种方式，可以获得坚固且同时轻型的太阳能聚光器。

根据本发明的另一方面，反射体可以通过胶合的方式固定到支承结构，特别地固定到限定出壳体的网格梁。

根据该方案，因为胶合步骤允许补偿反射体和机械支撑结构之间的小的尺寸差异，从而加速了并简化了聚光器的组装过程。此外，这样制成的结构相对于使用螺纹连接的情况更轻。

根据本发明的另一方面，聚光器可以包括位于焦点段处/在焦点段附近的目标。

例如，目标可以包括热交换器。

可选地或者附加地，目标可以包括一个或多个聚光光伏模块或者其他类型的聚光太阳能能量使用者，例如：热电发生器，和使用聚集的太阳光能量来产生有用的反应的化学、电化学、光电转换器。

根据本发明的一个方面，每一第一片材可以包括多个抛物线中的第一二维抛物线和多个抛物线中的第二二维抛物线，第一二维抛物线具有位于焦点段的第一端的第一焦点，第二二维抛物线具有位于焦点段的第二端的第二焦点，焦点段的第二端与其发现第一焦点的第一端相对，其中第一抛物线的焦距与第二抛物线的焦距不相同且第一抛物线的焦距大于第二抛物线的焦距；第一片材由贝塞尔曲面限定，该曲面近似于多抛物线表面(multi-parabolic surface)并将第一抛物线联结到第二抛物线。

有利地，第一抛物线可以通过第一平面和圆形抛物面之间的交叉获得，第一平面与焦点段(基本)正交并且不包含第一焦点，圆形抛物面以第一焦点作为焦点，且以位于与焦点段正交并穿过第一焦点的平面上的轴线为轴线；以及

第二抛物线可以通过第二平面和圆形抛物面之间的交叉获得，第二平面与焦点段(基本)正交并且不包含第二焦点，圆形抛物面以第二焦点为焦点，且以位于与焦点段正交并穿过第二焦点的平面上的轴线为轴线。

根据该方案，聚光器具有优化的形状以在窄且长的矩形上产生期望的太阳能聚集水平，并且这可以通过相对简单和高的工业可重复性获得。

可选地，与焦点段正交的第一平面和第二平面可以分别通过一对第一半平面和一对第二半平面替换，其中，每一半平面在任何情况下都与焦点段正交。第一半平面的每一半平面和第二半平面的每一半平面可以在包含焦点段和第一片材的顶点段的平面中所包含的直线上(具有略小于180°或者略大于180°的角度)伴随对应的另一半平面。实践中，每一抛物线因此由联结到顶点的两个抛物线分支限定，两个抛物线分支例如互相不同。

附图说明

通过阅读作为非限制性示例提供的以下描述，并借助于所附的附图，本发明的更多的特征和优点将变得更加清楚。

图1示出了根据本发明的聚光器的透视图。

图2示出了图1的太阳能聚光器的反射体的实施例的透视图。

图3示出了图2的反射体的俯视图。

图4示出了图2的反射体的主视图。

图5示出了图2的反射体的侧视图。

图6示出了图2的细节。

图7示出了太阳能聚光器的操作的第一图。

图8示出了太阳能聚光器的操作的第二图。

图9a示出了图2、图3、图4、图5的反射体的第一片材的平坦展开。

图9b示出了反射体的第一片材的平坦展开的可选实施例。

图10示出了图2、图3、图4、图5的反射体的第二片材的平坦展开。

图11示出了根据本发明的聚光器的支承结构的一部分的分解轴测图。

图12示出了通过仿真软件获得的由现有技术的抛物柱面聚光器的操作而得的太阳光线聚集强度的图。

图13示出了通过仿真软件获得的由根据本发明的聚光器的操作而得的太阳光线聚集强度的图。

图14a是用于构造根据本发明的太阳能聚光器的第一结构图。

图14b示出了图14a的平面图。

图15a是用于构造根据本发明的太阳能聚光器的第二结构图。

图15b示出了图15a的平面图。

具体实施方式

具体参见附图，太阳光线聚光器用附图标记10表示。

聚光器10设置有基本凹面的反射体15，其适于将撞击反射体15的太阳光线聚集向焦点段SF，反射的太阳光线在焦点段SF相交。

反射体15包括多个彼此并排并且以将在下文中描述的方式配置的反射片材，这些反射片材相互不可分离地连接(例如彼此胶合)，以便于形成单一的反射片材15，即，可以以单个主体的形式移动、安装、操作(即时稳定)。

聚光器10(即反射体15)例如包括沿着与焦点段SF平行的侧翼方向彼此并排的多个反射的第一片材40(当聚光器10处于操作中时)。

特别地，每一第一片材40是具有纵向轴线K的细长形状，第一片材40彼此并排使得纵向轴线K基本上彼此平行。

第一片材40例如彼此部分地间隔开，以便于限定出空隙45。

如将在下文中更好地描述的那样，每一第一片材40以相对于与穿过焦点段SF的中点PM且与焦点段SF自身垂直的平面相垂直的平面以角度δ倾斜(即，每一第一片材40相对于与太阳光线垂直的平面以角度δ倾斜)。

每一第一片材40在其纵向轴线K的横向方向上由一对副边缘50界定，并且在基本平行于其纵向轴线K的方向上由一对主边缘界定，主边缘的第一边缘55靠近中心平面，该中心平面穿过焦点段SF的中点PM并与焦点段SF垂直，主边缘的第二边缘60远离该中心平面。

第一边缘55和第二边缘60例如具有由分成两部分的线形成的轮廓，或者可选地，其轮廓被分成更多部分或者曲线等。

每一第一片材40包括由沿着第一片材40的侧翼方向(即，在与纵向轴线K垂直的方向上)并排的多个二维抛物线401限定的反射表面，从而形成连续的表面。

每一第一片材(即其反射表面)特别地包括第一二维抛物线P1和第二二维抛物线P2。第一二维抛物线P1例如与第一边缘55相邻或接近但是不相同，并且设置有位于焦点段SF的端部的第一焦点F1。第二二维抛物线P2例如与第二边缘60相邻或接近但是不相同，并且设置有位于焦点段SF的与第一焦点F1相反的端部的第二焦点F2。

实践中，抛物线401布置在每一第一片材40的第一边缘55和第二边缘60之间，即，第一抛物线P1和第二抛物线P2表示在第一片材40的侧翼方向上的多个抛物线401的端部抛物线。

如将在下文中更好地描述的那样，第一抛物线P1和第二抛物线P2是聚光器10的每一第一片材40的形成和设计的引导。

每一抛物线401在与对应的第一片材的纵向轴线K平行的平面上，并且具有沿着侧翼方向变化的焦距，使得每一抛物线401具有位于焦点段SF上的焦点Fn1并且与相邻的抛物线401的焦点不相同。

此外，如图8所示，第一抛物线P1具有第一焦距X1，焦距意味着焦点(抛物线自身的太阳光线反射点)与顶点V1之间的距离。第二抛物线P2具有与第一抛物线P1的焦距不相同的第二焦距X2(参见上述定义)。特别地，第一抛物线P1的第一焦距X1大于第二抛物线P2的第二焦距X2(参见上述定义)。

实践中，第一焦点F1与第一抛物线P1的顶点V1的距离相对于第二焦点F2与第二抛物线P2的顶点V2的距离而言较大，抛物线401从第一抛物线P1到第二抛物线P2(即，从第一边缘55到第二边缘60)具有减小的焦距。

第一片材40例如可以成形为贝塞尔曲面，其接近于多抛物线表面并且从抛物线形状的两条引导线开始生成，抛物线形状的两条引导线对应于或者接近于反射片材的外边缘，边缘分别聚焦于焦点段SF的端点。

多个抛物线中的每一抛物线401具有位于顶点段SV1上的顶点Vn1。

顶点段SV1联结所有抛物线401的顶点Vn1，具有作为端部的第一抛物线P1的第一顶点V1和作为端部的第二抛物线P2的第二顶点V2，并且在焦点段SF也在的平面上。

此外，每一第一片材40的顶点段SV1相对于与穿过焦点段的中点PM且与焦点段自身垂直的平面相垂直的平面以角度δ倾斜(即，顶点段SV1相对于与太阳光线垂直的平面以角度δ倾斜)。

计算得出角度δ以便于确保构成太阳能聚光器的所有第一片材的贡献在焦点段SF上最佳重叠，以优化片材的中心部分(接近顶点段SV1)和其外部部分的贡献。

角度δ根据单个第一片材40与穿过焦点段SF的中点PM且与焦点段自身垂直的平面的距离而可以变化，特别地，随着与所述平面距离的增加而增大。

接近于穿过焦点段SF的中点PM且与焦点段自身垂直的平面的第一片材40的角度δ例如优选地等于5°。

第一片材40的顶点段SV1在与穿过焦点段SF的中点PM且与焦点段正交的的平面相垂直的平面上的投影沿着排列方向对齐。

每一第一片材40整体地或者至少其面向焦点段SF的表面(凹)层由光学反射材料组成，例如金属化玻璃(例如镀银玻璃)或者例如被完全抛光的金属箔片(例如铝)。

每一第一片材40通过弯曲一个或多个平坦的反射片材获得，例如图9a中所示，第一片材40可以由两个(例如等腰)梯形部分40a和40b制成，每一梯形部分弯曲以便于以变化的焦距形成抛物面的一半。

梯形部分40a和40b例如可以具有任意四边形形状，例如是偏菱形的或者甚至具有例如不规则边缘的任意细长的形式。

例如，构成每一第一片材40的一对梯形部分40a和40b在各自的主基部处相互连接。

然而，不排除每一第一片材40可以由一个、两个或者更多个具有任意形状的部分制成，以更好地适应片材的组装和弯曲的需要。

每一第一片材40例如可以由纤维金属层压板制成，或者由包含纤维、树脂和结构芯的其他复合材料制成，以适于长时间保持反射片材的精确弯曲，从而确保同样合适的力学阻力。

在图中示出的实施例中，聚光器10(即反射体15)包括第二反射片材25，该第二反射片材25是基本细长的形状并限定出纵向轴线Y，纵向轴线Y基本上平行于纵向轴线K。

第二片材25沿着侧翼方向在至少一个第一片材40的侧面，优选地，第一片材40例如相对于第二片材25沿着侧翼方向对称布置在相对侧上，并且例如通过空隙45从那里分开。

此外，第二片材25布置成使得其中间平面(与其纵向轴线Y平行)与穿过焦点段SF的中点PM且与焦点段自身正交的平面重合。

第二片材25由一对主边缘30和一对副边缘25界定，一对主边缘30在平行于纵向轴线Y的方向上界定第二片材25，一对副边缘35在纵向轴线Y的横向方向上界定第二片材。

主边缘30例如可以具有由分成两部分的线形成的轮廓，或者可选地，其轮廓被分成更多部分或者曲线等。

第二片材25包括由沿着侧翼方向(即，与纵向轴线Y垂直的方向)并排的多个二维抛物线251限定的反射表面，从而形成连续的表面。

实践中，抛物线251布置在第二片材25的主边缘30之间(例如，不包括主边缘30)。

抛物线251位于与纵向轴线Y平行的平面上，沿侧翼方向具有恒定的焦距，以及具有在焦点段SF上的焦点Fn2。

实践中，第二片材25基本为抛物柱面的形状，即，通过二维抛物线沿着与所述二维抛物线所在的平面垂直的线(即，沿着与焦点段SF平行的线)平移而产生的三维表面。

每一抛物线251具有位于顶点段SV2上的顶点Vn2，顶点段SV2连接所有抛物线251的顶点Vn2，顶点段SV2与焦点段SF平行，并且与该焦点段具有相同的长度L。

实践中，第二片材25的顶点段SV2位于与穿过焦点段SF的中点PM且与焦点段SF垂直的平面相垂直的平面上，即(一旦太阳能聚光器处于操作中)位于与入射太阳光线垂直的平面上(在使用中保持在该平面上)。

顶点段SV2远离固定焦距X3的焦点段(见图8)。

每一第二片材25整体地或者至少其面向焦点段SF的表面(凹)层由光学反射材料组成，例如金属化玻璃(例如镀银玻璃)或者例如被完全抛光的金属箔片(例如铝)。

第二片材25例如由两个(例如等腰)梯形部分25a和25b制成，每一梯形部分弯曲以便于形成抛物柱面的一半。

例如，构成第二片材25的梯形部分25a和25b在各自的主基部处相互连接。

然而，不排除第二片材25可以由一个、两个或者更多个具有任意形状的部分制成，以更好地适应片材的组装和弯曲的需要。

第二片材25的宽度L(即一对主边缘30之间的最大距离)大于第一片材40的宽度L’(即第一边缘55和第二边缘60之间的最大距离)。

由于该方案，由第一片材40反射的光线在焦点段SF上从一端到另一端重叠由第二片材25反射的太阳光线。

宽度L’根据单个第一片材40与穿过焦点段SF的中点PM并与焦点段SF自身垂直的平面的距离而可以变化，特别地，该宽度随着与该平面距离的增加而减小。

虽然第一片材40的优选宽度L’的特征如图所示，但是为便于保证不同片材的能量贡献的最佳重叠，其他的满足特定要求的宽度也是可以的。

第二片材25例如可以由纤维金属层压板制成，或者由包含纤维、树脂和结构芯的其他复合材料制成，以适于长时间保持反射片材的精确弯曲，从而确保同样合适的力学阻力。

反射体15整体上具有面向焦点段SF并且朝向焦点段SF反射太阳光线的凹面。

例如，反射体15具有与第二片材25的纵向轴线Y正交的纵向轴线A，该纵向轴线A与在第二片材25和第一片材40之间的侧翼方向平行。

例如，聚光器10(即反射体15)可以包括第一对C1的第一片材40，其布置在相对于第二片材25的一侧和另一侧上，靠近主边缘30并且在各自的第一边缘55处基本上与主边缘30相邻。

此外，反射体15可以包括第二对C2的第一片材40，其对称地布置在相对于第二片材25的一侧和另一侧上，并且布置在第一对C1的第一片材40的外侧。

第二对C2的第一片材40的倾斜角度δ大于第一对C1的第一片材40的倾斜角度δ，并且第二对C2的第一片材40的宽度L’小于第一对C1的第一片材40的宽度L’。

此外，反射体15可以包括第三对C3的第一片材40，其对称地布置在相对于第二片材25的一侧和另一侧上，并且布置在第二对C2的第一片材40的外侧。

第三对C3的第一片材40的倾斜角度δ大于第二对C2的第一片材40的倾斜角度δ，并且第三对C3的第一片材40的宽度L’小于第二对C2的第一片材40的宽度L’。

此外，反射体15可以包括第四对C4的第一片材40，其对称地布置在相对于第二片材25的一侧和另一侧上，并且布置在第三对C3的第一片材40的外侧。

第四对C4的第一片材40的倾斜角度δ大于第三对C3的第一片材40的倾斜角度δ，并且第四对C4的第一片材40的宽度L’小于第三对C3的第一片材40的宽度L’。

实践中，角度δ随着从与穿过焦点段SF的中点PM并与焦点段SF垂直的平面接近的第一片材40到远离该平面的第一片材40而增加，而宽度L’随着从与穿过焦点段SF的中点PM并与焦点段SF垂直的平面接近的第一片材到远离该平面的第一片材40而减小。

第二对C2、第三对C3和第四对C4的第一片材40相对于与在顶点段SV2中的与第二片材25相切的平面向着焦点段SF移动，其具有数量逐渐增长以及通过合适的算法来计算。

如果需要大于该实施例的太阳能集中度，则可以根据需要将片材40的对数增加到大于数值四。

例如，可以按照下文中的曲率的设计步骤(通过弯曲反射片材)组装聚光器10的反射体15和/或单个片材(第一片材40和第二片材25)。

首先，选择焦点段SF的长度，即，由反射体15反射的太阳光线所在的以及系统的焦距X3(即，聚光器10的第二片材25的焦距)所聚集的长而窄的矩形的长度。

随后可以选择所需的聚集水平，基于所需的聚集水平从而确定聚光器10的第二片材40的数量。

例如，如果希望聚集水平基本上等于500倍(对于位于焦点段SF的多结类型的光伏电池的聚光操作是最佳的)，则确定8个第一片材40和1个第二片材25，总共九个区段(其中，每个区段具有大约60倍的单元聚集水平)。

考虑其他的设计参数是反射体15的开口，即反射体15的副轴(即，第一片材25和/或第二片材40沿着各自的纵向轴线的长度)，以及反射体15的主轴(即，由第一片材25和/或第二片材40沿着与纵向轴线正交并且与焦点段SF平行的方向的宽度之和所获得的宽度)。

例如，反射体15的副轴可以设定为小于或者等于3米的测量值(以便于其公路运输)，例如2.8米，并且主轴可以设定为大于或者等于4.5米的测量值，例如等于5米(以便于具有大约14m²的反射表面)。

第三焦距X3(即，系统的焦距)例如可以设定为3.24米。为了避免反射元件的过度弯曲，建议焦点大于或者等于开口，如以下关系所描述：

F/D>＝1，

其中，F是第三焦距X3，D是反射体15的开口(副轴)。

在该点处，进行确定第二片材25(强制中心位置)和第一片材40之间的相互位置。

特别地，确定上述的C1对、C2对、C3对、C4对的布置，并且确定它们中每一个的角度δ，从第一对C1开始向外直到所有的对都位于空间中。

每个区段的角度δ例如通过以下公式计算：

2δ＝tan^-1(X/Y)，其中

X是每一第一片材40的第一顶点V1和与焦点段SF正交且穿过远离该被考虑的第一片材的端点的平面之间的距离，Y是包含焦点段SF的线的第一顶点的距离。

然后，根据以下关系进行第一片材40的宽度L’的确定(计算)：

L’＝L*cos(2δ)/cos(δ),

其中，L是焦点段SF的宽度，δ是上述的第一片材40的倾斜角度。

因此，得到的结果是每一第一片材40的第一顶点V1和第二顶点V2的空间位置。

由此，如下所述并在图14和图15中示出的，确定出每一第一片材40的第一抛物线P1和第二抛物线P2的形状。

特别地，为了确定每一第一片材40的第一抛物线P1，进行第一圆形抛物面K1的确定，其中：

穿过第一顶点V1；

具有作为(焦点段SF的)第一焦点F1的焦点；以及

具有作为中心轴线Z1的轴线，该轴线位于与焦点段SF正交且穿过第一焦点F1的平面上，特别地，该中心轴线是与焦点段SF正交并穿过第一焦点F1的平面和包含焦点段SF并穿过第一顶点V1的平面的交叉。

实践中，应注意，如上所述的第一圆形抛物面K1具有焦距X4，焦距X4大于第二片材25的第三焦距X3(即，系统的焦距)。

第一抛物线P1通过以下交叉获得：

第一平面KP1，与焦点段SF正交，并且不包含第一焦点F1(例如，穿过第一顶点V1)，以及

如上确定的第一圆形抛物面。

为了确定每一第一片材40的第二抛物线P1，进行第二圆形抛物面K1的确定，其中：

穿过第二顶点V2；

具有作为(焦点段SF的)第二焦点F2的焦点；以及

具有作为中心轴线Z2的轴线，该轴线位于与焦点段SF正交且穿过第二焦点F2的平面上，特别地，该中心轴线是与焦点段SF正交并穿过第二焦点F2的平面和包含焦点段SF并穿过第二顶点V2的平面的交叉。

实践中，需注意的是，如上所述，第二圆形抛物面K2具有焦距X5，焦距X5小于第二片材25的第三焦距X3(即，系统的焦距)。

第二抛物线P2通过以下交叉获得：

第二平面KP2，与焦点段SF正交，并且不包含第二焦点F2(例如，穿过第二顶点V2)，以及

如上确定的第二圆形抛物面。

然后，每一第一片材40的第一抛物线P1和第二抛物线P2通过贝塞尔曲面在介于它们之间的空间中连接，贝塞尔曲面近似于多抛物线表面，顶点位于顶点段上，顶点段连接第一顶点V1和第二顶点V2。

然后，在需要时，可以通过校正迭代过程来稍微校正第一顶点V1和第二顶点V2的位置和/或焦距X4、X5的位置，以优化引导和对中由每一第一片材40的轴向周边区域反射的光线在焦点段SF上。

聚光器10包括目标20，反射的太阳光线6被引向目标20。

目标20通常包括具有矩形基部的平行六面体。

目标20基本位于焦点段SF的附近或者在焦点段SF处，以便于接收由聚光器10的反射体15反射和聚集的光线。

目标20例如具有至少一个基本平坦的面20a(如下面将更好地描述的那样打开或者闭合)，其具有基本矩形的形状，并具有与焦点段SF平行的纵向轴线。

面20a面向反射体15，并且位于与在顶点段SV2中的第二片材25相切的以及位于焦点段附近的或者在焦点段处的平面相平行的平面上。

除了精确地位于焦点段SF处之外，目标20的面20a还可以布置在焦点段SF的上游，即，介于焦点段SF和聚光器10(即反射体15)的反射表面之间；或者，目标20的面20a还可以布置在焦点段SF的下游，即，使得焦点段SF介于目标20的面20a和聚光器10(即反射体)的反射表面之间，使得面20a限定出矩形面积，该矩形面积由(相应地会聚或者发散的)太阳辐射矩形交叉(撞击)，这是由于聚光器10的反射体15的第二片材25和第一片材40的形状在所有交叉面积中具有基本均匀的能量分布。

目标20包括热交换器，例如管式热交换器，以产生热的水和/或蒸汽和/或油或其他传热流体或气体。

在这种情况下，目标20的面20a是打开的并且限定出进入开口(入口)，进入开口配置成由聚光器10反射的并聚集的太阳辐射进入目标20的平行六面体中的进入口。在目标20的平行六面体内，容纳有至少一束管，其中，在管中循环的液体载体适于接收来自进入目标20自身中的太阳辐射的热量。

可选地，目标20可以包括至少一个光伏面板，例如包括多个光伏电池，面向聚光器10(即反射体15)的反射表面，并且布置在基本矩形面积上。

在另一实施例中，目标20可以包括例如光伏板和热交换器，热交换器位于光伏电池的后面，其产生热的水和/或蒸汽，还可以降低光伏板的光伏电池的温度。

在目标20内还可以包括合适形状的反射表面，以优化和均匀在来自反射体15的光线到达其目的地(管束或者光伏电池或者其他装置)之前进入前入口20a的光通量。

聚光器10还包括太阳跟踪支承结构80。

支承结构80例如适于与图中未示出的本领域技术人员已知的太阳能跟踪设备相关联；跟踪设备例如是电子和/或计算机控制的在两轴上的电子机械结构类型的太阳跟踪(太阳能跟踪器)。支承结构80例如设置有固定基部85，例如设置有传统的地面支撑件(通过杆或者其他的安装基部)，或者固定在屋顶、墙壁或者任何其他位置上。

支承结构80还包括壳体90，壳体90(例如通过铰接方式)可移动地固定到基部85。

壳体90具有与反射体15的形状基本一致的形状，以便于支撑和包围反射体自身。

壳体90包括网格梁95，网格梁95设置有多个相互连接的立柱和横梁以形成单一结构，其中，网格梁95的梁例如通过焊接或者胶合的方式相互不可分离地连接。

壳体90具有凹面，以便于复制反射体15的凸面的图案。

反射体15即其(后)凸面例如通过胶合的方式固定到壳体90的凹面，优选地在反射体15和壳体90之间插入多个互连板100，在该示例中，互连板基本是“L”型。

板100具有通过胶合到网格95的立柱或者横梁的一部分而固定的第一部分，和基本垂直于第一部分并且通过胶合到反射体15的一部分而固定的第二部分。

支承结构80还包括目标20的一个或多个支撑棒105，适于将目标保持在靠近焦点段SF的反射体15的前面。

每一棒105具有固定到壳体90的下端(例如在壳体90的周边点)，和朝向焦点段SF会聚并且支撑目标20的上端。

通过棒105，目标20牢固地约束于壳体90并且因此约束到聚光器10的反射体15.

根据本发明的聚光器10的操作如下所述：

在安装期间或者通过跟踪设备，将反射体15在太阳方向上定向，入射光线被每一反射片材反射(即被第二片材25和每一第一片材40反射)，使得入射光线会聚在焦点段SF上。

该反射光线穿过或者撞击目标20的面20a，限定出基本上等于面20的面积的矩形面积，其特征在于在整个矩形面积上高能量聚集均匀地分布(见图13)。

通过这种方式，解决了倾向于近似三维抛物面聚光器的抛物柱面聚光器的问题，(见图12)其在面20a上产生具有骨形轮廓的能量分布，其一小部分在接近于面20a的中心部分以高能量聚集，在中心部分的上方或者下方几乎没有聚集，在侧面的聚集低。

可以对本发明进行一些改变或者变型，从而这些构思全部落入本发明概念的保护范围内。

此外，所有的细节可以用其他技术上等效的元素代替。

实践中，所使用的材料以及形状和尺寸可以根据要求进行任何改变而不脱离所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种太阳光线的聚光器(10)，包括：反射体(15)，适于将入射的太阳光线反射向焦点段(SF)，反射的太阳光线在该焦点段(SF)处相交，其中，所述反射体(15)包括多个反射的第一片材(40)，多个反射的第一片材(40)沿着与所述焦点段(SF)平行的侧翼方向彼此并排，并且每一第一片材相对于与穿过所述焦点段(SF)的中点(PM)的且与所述焦点段自身正交的平面垂直的平面倾斜，其中，每一第一片材(40)包括由多个抛物线(401)限定的反射表面，多个抛物线(401)相对于所述第一片材(40)的侧翼方向彼此并排，并且每一抛物线具有位于顶点段(SV1)上的顶点(Vn1)，所述顶点段(SV1)联结所述抛物线(401)的所有顶点(Vn1)，并且与所述焦点段(SF)位于同一平面上；其中，每一第一片材(40)的抛物线(401)具有沿着所述侧翼方向变化的焦距，并且配置成使得每一抛物线具有位于焦点段(SF)上的焦点(F1，Fn1，F2)。

2.根据权利要求1所述的聚光器(10)，其特征在于，所述多个第一片材(40)相对于穿过所述焦点段(SF)的中点(PM)的并且与所述焦点段(SF)自身正交的平面对称地布置。

3.根据权利要求1所述的聚光器(10)，其特征在于，包括形状为抛物柱面的第二片材(25)，所述第二片材(25)相对于所述侧翼方向与至少一个所述第一片材(40)并排，其中，所述抛物柱面包括由相对于所述侧翼方向彼此并排的多个抛物线(251)限定的反射表面，每一抛物线具有位于顶点段(SV2)上的顶点(Vn2)，顶点段(SV2)联结抛物线(251)的所有顶点(Vn2)并且平行于所述焦点段(SF)，其中，每一第二片材(25)的抛物线(251)沿所述侧翼方向具有恒定的焦距，并且配置成使得每一抛物线(251)具有位于所述焦点段(SF)上的焦点(Fn2)。

4.根据权利要求3所述的聚光器(10)，其特征在于，所述第二片材(25)的与其顶点段(V2)正交的中间平面(M)和穿过所述焦点段(SF)的中点(PM)的并与所述焦点段(SF)自身正交的平面重合。

5.根据权利要求2和4所述的聚光器(10)，其特征在于，所述多个第一片材相对于所述第二片材(25)对称地布置在相对侧上。

6.根据权利要求1所述的聚光器(10)，其特征在于，所述反射体(15)是通过至少所述多个第一片材(40)的不可分离的组合而获得的单一体。

7.根据权利要求3所述的聚光器(10)，其特征在于，

所述第二片材(25)的顶点段(SV2)平行于所述焦点段(SF)，并且所述第二片材(25)的顶点段(SV2)的长度等于所述焦点段(SF)的长度；以及

所述第一片材(40)的顶点段(SV1)位于包含所述焦点段(SF)和所述第二片材(25)的顶点段(SV2)的平面上，并且相对于所述第二片材(25)的顶点段(SV2)以角度δ倾斜，以及具有根据以下等式计算的长度L’：

L’＝L*cos(2δ)/cos(δ)，

其中，L是所述焦点段(SF)的长度，以及δ是所述第一片材(40)的所述顶点段(SV1)相对于所述第二片材(25)的顶点段(SV2)的上述倾斜角度。

8.根据权利要求1所述的聚光器(10)，其特征在于，所述聚光器(10)包括适于支撑和定向所述反射体(15)的太阳能跟踪支承结构(80)，其中，所述支承结构(80)包括固定基部(85)和可移动地连接到所述基部(85)的壳体(90)，其中所述壳体(90)由网格梁(95)形成。

9.根据权利要求8所述的聚光器(10)，其特征在于，所述反射体(15)固定到所述网格梁(95)，所述网格梁(95)通过胶合来形成所述支承结构(80)的壳体(90)。

10.根据权利要求1所述的聚光器(10)，其特征在于，所述聚光器(10)包括位于所述焦点段(SF)处的目标(20)。

11.根据权利要求1所述的聚光器(10)，其特征在于，每一第一片材(40)包括多个抛物线(401)中的第一二维抛物线(P1)和多个抛物线(401)中的第二二维抛物线(P2)，所述第一二维抛物线(P1)设置有第一焦点(F1)，所述第一焦点(F1)位于所述焦点段(SF)的第一端，所述第二二维抛物线(P2)设置有第二焦点(F2)，所述第二焦点(F2)位于所述焦点段(SF)的第二端，所述焦点段(SF)的第二端与发现所述第一焦点(F1)的所述焦点段(SF)的第一端相对，其中，所述第一抛物线(P1)的焦距与所述第二抛物线(P2)的焦距不相同且所述第一抛物线(P1)的焦距大于所述第二抛物线(P2)的焦距；所述第一片材(40)由贝塞尔曲面限定，所述贝塞尔曲面近似于多抛物线表面，其将所述第一抛物线(P1)联结到所述第二抛物线(P2)。

12.根据权利要求11所述的聚光器(10)，其特征在于，

所述第一抛物线(P1)通过第一平面和圆形抛物面之间的交叉获得，所述第一平面与所述焦点段(SF)正交且不包含所述第一焦点(F1)，所述圆形抛物面以所述第一焦点(F1)作为焦点，且以位于与所述焦点段(SF)正交的并穿过所述第一焦点(F1)的平面上的轴线为轴线；以及

所述第二抛物线(P2)通过第二平面和圆形抛物面之间的交叉获得，所述第二平面与所述焦点段(SF)正交且不包含所述第二焦点(F2)，所述圆形抛物面以所述第二焦点(F2)作为焦点，且以位于与所述焦点段(SF)正交的并穿过所述第二焦点(F2)的平面上的轴线为轴线。