CN111121313A - 一种极区太阳光收集系统 - Google Patents

一种极区太阳光收集系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111121313A
CN111121313A CN201911370667.XA CN201911370667A CN111121313A CN 111121313 A CN111121313 A CN 111121313A CN 201911370667 A CN201911370667 A CN 201911370667A CN 111121313 A CN111121313 A CN 111121313A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
sunlight
centrifugal
fresnel lens
polar region
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.)
Pending
Application number
CN201911370667.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张小青
刘红
李存惠
付玉明
于海军
姚智恺
王俊
赵呈选
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.)
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Original Assignee
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
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 Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology filed Critical Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority to CN201911370667.XA priority Critical patent/CN111121313A/zh
Publication of CN111121313A publication Critical patent/CN111121313A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种极区太阳光收集系统。使用本发明能够为月面极区环境下太阳光0°高度角入射条件下收集太阳能。本发明通过离心菲涅尔透镜将0°太阳光折射聚焦于其焦点附近，穿过焦点的光线被二次镜反射，形成准平行光进入光导传输系统中，为一种月面极区环境下太阳光0°高度角入射条件下固定式太阳能收集利用系统，较传统的旋转追日式收集方式，大大降低了月面太阳光收集利用的技术难度和发射成本，能获得半圆面略小的太阳光通量，基本可以收集全谱段日光，且可以根据不同应用需求设计出口机构供用户直接使用。本发明没有运动机构，可以降低研制、发射、应用维护成本，且运行可靠性、稳定性大为提高。

Description

一种极区太阳光收集系统
技术领域
本发明涉及航天与深空探测及试验技术领域，具体涉及一种极区太阳光收集系统。
背景技术
在地面太阳光收集传输与利用方面已经非常成熟，从防尘、追日、收集、光整形到传输与释放等技术方面都已经形成标准的产品，可以通过各种方式收集并利用光导传输的典型系统，收集器主要有投射聚焦式、反射聚焦式(含二次镜式)、喇叭式直入式等，在传输方面，免纤光导管引入方式通量大，无波分选性，可以更加有效的利用太阳光谱所有谱谱段，问题是对光的准直性要求高，传输距离短，而光纤耦合式传输具有灵活多变，长距离传输以及转弯穿过等，其问题是必须使用光整形与耦合，其中绝大多数非电磁波辐射将无法透过，另外由于整形需求，光纤不能对太阳光全谱段耦合传输，红外段基本都将丢失，同时使光纤温度升高，性能突变，在着陆器有限尺寸内传输不太合适。
另外这些系统共同的特征是需要对日定向的探测和运动机构作为基本技术基础，这些系统增加了月面光引入操作的难度和故障风险，使系统可靠性大大降低。
光是植物生长必需的条件之一，也是宇航员长期在站工作的基础能源，为了试验利用月面原位资源进行科学试验、生物、医学研究以及未来月球基地太阳能利用、食物链建设资源等，需要将太阳光适度收集传输，但由于南极特殊环境，太阳高度角几乎0°，光照资源不够丰富，收集困难，地面成熟技术对其没有参考价值。
因此，设计发明一种月面极区环境下固定式太阳能收集利用系统必要且有意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种极区太阳光收集系统，能够为月面极区环境下太阳光0°高度角入射条件下收集太阳能。
本发明的极区太阳光收集系统，包括光收集装置、二次收集镜和传输系统；其中，光收集装置为离心式菲涅尔透镜，所述离心式菲涅尔透镜的外表面为多椭球冠结构，将入射的0°日光向透镜的轴线方向折射汇聚；离心式菲涅尔透镜的内表面设有单向菲涅尔聚光愣体，用于将外表面折射的日光汇聚到离心式菲涅尔透镜的焦点；二次收集镜与离心式菲涅尔透镜共焦，用于将日光转变为平行光束；传输系统将平行的日光传输至用户窗口。
较优的，所述离心式菲涅尔透镜由透光率为1.2～1.7的光学材料制成，表面镀制透光防辐射膜。
较优的，所述二次收集镜采用旋转抛物面设计。
较优的，所述二次收集镜采用铝合金表面抛光镀金的方式得到。
较优的，所述传输系统采用光导管。
较优的，所述离心式菲涅尔透镜的顶部设有遮光防护板。
较优的，所述用户窗口上设有漫折透射面，用于消除收集的太阳焦斑光强度和频率的不均匀。
有益效果：
本发明通过离心菲涅尔透镜将太阳光折射聚焦于其焦点附近形成焦斑，穿过焦点的光线被二次镜反射，由于共焦点设计，收集的光将形成与日光方向(夹角16′)接近的准平行光进入光导传输系统中，为一种月面极区环境下太阳光0°高度角入射条件下固定式太阳能收集利用系统，较传统的旋转追日式收集方式，大大降低了月面太阳光收集利用的技术难度和发射成本，能获得半圆面略小的太阳光通量，基本可以收集全谱段日光，且可以根据不同应用需求设计出口机构供用户直接使用。本发明没有运动机构，可以降低研制、发射、应用维护成本，且运行可靠性、稳定性大为提高。
(2)本发明太阳能收集利用系统没有光频率分选性，可以最大限度的利用月面日光原位资源进行科学研究和能源利用。
(3)本发明太阳能收集利用系统使用光导方式有效增加了光源强度和频率以及空间辐射等资源的利用率。
附图说明
图1为月球南极0°角太阳光收集系统示意图。
图2为太阳光收集装置结构示意图。
其中，1-太阳光收集装置，2-二次收集镜，3-传输系统，4-高度角0°回转日光，5-用户窗口，6-离心菲涅尔镜，7-一/二次镜共焦点，8-遮光防护板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种极区太阳光收集系统，如图1所示，包括光收集装置1、二次收集镜2和传输系统3；光收集装置1采用离心式菲涅尔透镜，如图2所示，高度角0°回转日光4通过光收集装置聚焦后，经二次收集镜2整形为准平行光，从而有利于较远距离的传输和利用，准平行光经传输系统3传输至用户窗口5。本发明不通过追踪太阳方向收集利用太阳光，可用于月球南极区着陆的探测器、生物培养、植物光合作用、基地居住室内太阳光直接利用的收集传输等任务。
其中，离心式菲涅尔透镜为透光率较高(透光率为1.2～1.7)的光学材料制成，表面镀制透光防辐射膜；菲涅尔镜分内外两个单方向镜，外表面为多椭球冠结构，将入射的0°平行日光折射向透镜的轴线方向进行汇聚；经过外表面轴向汇聚的光线再穿过内表面加工的单向菲涅尔聚光愣体后，沿竖直方向折射透过，进入离心式菲涅尔透镜与二次收集镜的共焦点7聚光斑中心附近，从而达到收集传输控制和利用太阳能的目的。
二次收集镜2可选用旋转抛物面设计，与离心式菲涅尔透镜共焦，可以将日光转变为近似平行光束，以免在传输过程中折返等光能损失。此外，本实施例二次镜采用铝合金表面抛光镀金的方式得到，更加有利于光整形和传输。
传输系统3采用光导管，无波分选性，可以更加有效的利用太阳光谱所有谱谱段。
此外，在离心式菲涅尔透镜的顶部设有遮光防护板5，防止在发射、落月等过程中不必要的光热引入及防尘。
半球面离心式菲涅尔透镜避免了二次镜入口角过小的问题，可以较大口径收集由于聚焦分光而离散的日光，能够最大限度地利用太阳光照射投影面积；同时，本发明不使用追日传感器以及动作机构系统对月面日光进行全天候收集和传输，有效防止了其他收集方式中随日光方向改变时遮挡问题，且质量轻；此外，收集镜和二次镜共焦设计使收集到的日光整形为准平行光，有效防止传输过程中折返问题。
还可以按客户需求，在用户窗口处设置漫折透射面，消除收集的太阳焦斑中光强度和频率的不均匀。
此外，本发明结构主光轴水平设计，有效收集面垂直于月面，可以在月面重力作用下有效防止月尘覆盖降低性能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种极区太阳光收集系统，其特征在于，包括光收集装置(1)、二次收集镜(2)和传输系统(3)；其中，光收集装置(1)为离心式菲涅尔透镜，所述离心式菲涅尔透镜的外表面为多椭球冠结构，将入射的0°日光向透镜的轴线方向折射汇聚；离心式菲涅尔透镜的内表面设有单向菲涅尔聚光愣体，用于将外表面折射的日光汇聚到离心式菲涅尔透镜的焦点；二次收集镜(2)与离心式菲涅尔透镜共焦，用于将日光转变为平行光束；传输系统(3)将平行的日光传输至用户窗口(5)。
2.如权利要求1所述的极区太阳光收集系统，其特征在于，所述离心式菲涅尔透镜由透光率为1.2～1.7的光学材料制成，表面镀制透光防辐射膜。
3.如权利要求1所述的极区太阳光收集系统，其特征在于，所述二次收集镜(2)采用旋转抛物面设计。
4.如权利要求3所述的极区太阳光收集系统，其特征在于，所述二次收集镜(2)采用铝合金表面抛光镀金的方式得到。
5.如权利要求1所述的极区太阳光收集系统，其特征在于，所述传输系统(3)采用光导管。
6.如权利要求1所述的极区太阳光收集系统，其特征在于，所述离心式菲涅尔透镜的顶部设有遮光防护板(5)。
7.如权利要求1所述的极区太阳光收集系统，其特征在于，所述用户窗口(5)上设有漫折透射面，用于消除收集的太阳焦斑光强度和频率的不均匀。
CN201911370667.XA 2019-12-26 2019-12-26 一种极区太阳光收集系统 Pending CN111121313A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911370667.XA CN111121313A (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种极区太阳光收集系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911370667.XA CN111121313A (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种极区太阳光收集系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111121313A true CN111121313A (zh) 2020-05-08

Family

ID=70503431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911370667.XA Pending CN111121313A (zh) 2019-12-26 2019-12-26 一种极区太阳光收集系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111121313A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101710804A (zh) * 2009-11-03 2010-05-19 上海聚恒太阳能有限公司 一种采用削顶曲面聚光透镜的太阳能聚光发电装置
US20110074056A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Method for manufacturing spherical fresnel lens
CN201937509U (zh) * 2011-01-25 2011-08-17 普尼太阳能(杭州)有限公司 一种聚光光伏系统
CN102981191A (zh) * 2012-12-16 2013-03-20 王英 一种太阳能斯特林发电聚光装置
WO2014041745A1 (ja) * 2012-09-11 2014-03-20 株式会社エンプラス 照明装置
CN207247086U (zh) * 2016-12-30 2018-04-17 佛山市中山大学研究院 近远光一体车灯用的模组
CN110589920A (zh) * 2019-08-08 2019-12-20 广东工业大学 一种太阳能集热装置及具有其的海水淡化系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110074056A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Method for manufacturing spherical fresnel lens
CN101710804A (zh) * 2009-11-03 2010-05-19 上海聚恒太阳能有限公司 一种采用削顶曲面聚光透镜的太阳能聚光发电装置
CN201937509U (zh) * 2011-01-25 2011-08-17 普尼太阳能(杭州)有限公司 一种聚光光伏系统
WO2014041745A1 (ja) * 2012-09-11 2014-03-20 株式会社エンプラス 照明装置
CN102981191A (zh) * 2012-12-16 2013-03-20 王英 一种太阳能斯特林发电聚光装置
CN207247086U (zh) * 2016-12-30 2018-04-17 佛山市中山大学研究院 近远光一体车灯用的模组
CN110589920A (zh) * 2019-08-08 2019-12-20 广东工业大学 一种太阳能集热装置及具有其的海水淡化系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7797939B2 (en) Concentrating solar energy receiver
US5540216A (en) Apparatus and method for concentrating radiant energy emanated by a moving energy source
EP0636232B2 (en) Faceted totally internally reflecting lens with curved faces
US5274497A (en) Concentrating collector lens assembly
KR101313723B1 (ko) 태양광 집광 구조와 다중집광 방법 및 태양광 송광장치
CN101576649A (zh) 一种利用抛物面镜传送光能的装置
US8355214B2 (en) Light collection apparatus, system and method
US4512335A (en) Solar energy collecting apparatus
CN101581502B (zh) 槽式顺向聚焦轴向传光太阳能聚光器
CN101236296B (zh) 一种紫外导航敏感器的光学系统
CN102538231B (zh) 菲涅耳透射与反射复合聚光滚筒式太阳能高温集热器
CN102074606B (zh) 聚光式太阳能综合收集与转化装置
CN102608740A (zh) 一种透镜阵列式光能收集及传输系统
CN102403391B (zh) 聚光及能量转换系统
CN103378764A (zh) 太阳能集光装置
CN111121313A (zh) 一种极区太阳光收集系统
CN101873084A (zh) 太阳能集能装置
CN102608741B (zh) 一种采用复眼透镜的太阳光能收集及传输系统
WO2006039156A2 (en) Method and apparatus for illuminating a solar cell with indirect sunrays
RU2645800C1 (ru) Солнечный модуль с концентратором
US10619812B2 (en) Light collection device
CN108597167B (zh) 一种基于龙虾眼的自适应探测系统
JPS5560152A (en) Sunbeam automatic tracking and focusing device
CN117028894A (zh) 一种大视场阳光接收传导系统及方法
SU1028966A1 (ru) Фокусирующий коллектор солнечной энергии

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200508