CN112097405B - 一种静态大角度太阳能收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静态大角度太阳能收集系统，属于太阳能聚光技术领域，解决了现有太阳能收集系统结构复杂、成本高且对太阳能的收集效率低的问题。该系统包括聚焦透镜和积分器，聚焦透镜为对称梯度折射率聚焦透镜；聚焦透镜的下表面与积分器耦合；聚焦透镜，用于将从各个角度入射的太阳光汇聚至聚焦透镜的下表面，并出射进入所述积分器中；积分器，用于匀化太阳光强度，并使匀化后的太阳光从所述积分器的出口出射。该系统无需定位装置及转动装置，以静态方式即可汇聚大角度范围内的太阳光，结构简单、对太阳能的收集效率高。

Description

一种静态大角度太阳能收集系统

技术领域

本发明涉及太阳能聚光技术领域，尤其涉及一种静态大角度太阳能收集系统。

背景技术

太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，已在全世界范围内得到广泛开发和应用。但自然太阳光的能流密度较低，若直接利用其进行室内照明、光伏发电、或光热转换，往往存在利用效率低下、成本高昂等问题。为此可使用各类聚光系统，先将大面积的太阳光汇聚到小面积的范围内，提高其能流密度之后再进行利用。以光伏发电技术为例，若配备合适的聚光装置，可大幅减小系统所需太阳能电池片的面积，同时还能提高电池片的光电转化效率，从而有效降低系统的单位发电成本，因此成为目前研究的热点。

由于地球自转和公转的原因，太阳所在方位时刻都在变化，为了保持较高的太阳光收集效率，现有的太阳能聚光模组通常使用菲涅尔透镜、抛物面反射镜等作为聚光器件，普遍需要配备高精度的跟踪和转向装置，工作时必须实时对准太阳。

现有技术至少存在以下缺陷，一是高精度的跟踪装置和转向装置不仅使系统整体结构复杂、对控制精度要求高，而且造价成本和运行维护成本高，不利于大范围推广和使用；二是传统聚光器件的接收角一般不超过3°，太阳光线的入射方向稍有偏移，系统太阳光出射口径处的辐照度就会明显下降，造成能量收集效率的迅速降低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种静态大角度太阳能收集系统，用以解决现有太阳能收集系统结构复杂、造价高且太阳能收集效率低的问题。

本发明提供了一种静态大角度太阳能收集系统，包括聚焦透镜和积分器，所述聚焦透镜为对称梯度折射率聚焦透镜；所述聚焦透镜的下表面与所述积分器耦合；

所述聚焦透镜，用于将从各个角度入射的太阳光汇聚至所述聚焦透镜的下表面，并出射进入所述积分器中；

所述积分器，用于匀化所述太阳光强度，并使匀化后的所述太阳光从所述积分器的出口出射。

进一步的，所述聚焦透镜的形状为球形，其折射率分布满足：

其中，n₀为所述聚焦透镜的基础折射率，r表示所述聚焦透镜内任一点到所述聚焦透镜球心的距离，R表示所述聚焦透镜的半径，n(r)表示所述任一点处的折射率。

进一步的，所述积分器的顶面内壁与侧面内壁均覆盖有高反射率涂层，用于使太阳光在所述积分器内多次反射，以匀化所述太阳光强度。

进一步的，所述积分器顶面的面型与所述聚焦透镜下表面的面型相适配，以使所述积分器的顶面与所述聚焦透镜的下表面耦合。

进一步的，所述积分器的顶面设有一狭缝开口，所述狭缝开口与太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹相对应，所述狭缝开口的宽度不小于所述汇聚光斑的预设比例能量所对应的光斑区域的直径，以使在所述聚焦透镜下表面汇聚的、至少预设比例能量的太阳光从所述狭缝开口进入所述积分器内。

进一步的，通过下述方式获取太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹：

根据所述太阳能收集系统所在经纬度及太阳时角确定每一时刻入射太阳光的高度角和方位角；

根据所述入射太阳光的高度角和方位角确定所述入射太阳光相对于所述太阳能收集系统的入射角；

根据所述入射角确定每一时刻所述入射太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的位置，以获得所述汇聚光斑的轨迹。

进一步的，所述积分器的侧面内壁为二次曲面，且所述积分器上设置有至少一个光出口。

进一步的，当所述积分器的侧面内壁的二次曲面不为球面时，所述二次曲面的焦点位于设置的所述光出口处。

进一步的，所述狭缝开口的下方设置有光反射器，所述光反射器正对所述狭缝开口设置，其宽度大于所述狭缝开口的宽度；

所述光反射器包括：

第一反射面，用于将进入所述积分器的太阳光反射至积分器的内壁上；

第二反射面，用于阻挡被所述积分器内壁反射的太阳光从所述狭缝开口出射。

进一步的，所述聚焦透镜的下表面与所述积分器通过波导实现耦合。

进一步的，所述聚焦透镜的基础折射率n₀＞1，根据所述聚焦透镜的有效口径对所述聚焦透镜的侧面进行裁切，裁切后的所述聚焦透镜的上表面用于接收太阳光，并将所述太阳光聚焦至所述聚焦透镜的下表面。

进一步的，所述聚焦透镜的基础折射率n₀＞1，所述积分器内部填充有透明的光学介质，所述光学介质的折射率与所述聚焦透镜的基础折射率相等。

进一步的，所述聚焦透镜的上方耦合有一盖板，所述盖板的折射率与所述聚焦透镜的基础折射率n₀相等；

所述盖板的下表面设有一凹槽，所述凹槽与所述聚焦透镜相接触的面相适配，以使所述盖板与所述聚焦透镜耦合，且所述凹槽的顶点至所述盖板下表面的距离范围为0.1R至2R，R为所述聚焦透镜的半径。

进一步的，对所述聚焦透镜的下侧部分进行裁切，使所述入射太阳光聚焦至裁切后的所述聚焦透镜的下表面。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明提出的大角度太阳能收集系统利用静态球对称梯度折射率聚焦透镜能够在静态条件下实现收集至少±60°范围内的太阳光，且具有较恒定的有效入射口径和聚光效果，克服了传统聚焦透镜的有效口径和汇聚光斑能量集中度随视场角增加而降低的缺点，可以有效提高太阳能的收集效率。

2、本发明提出的静态大角度太阳能收集系统利用积分器对入射其中的太阳光强度进行匀化，可以根据不同的使用需求选择不同的积分器侧面内壁面型，以使太阳光光强均匀性高或能量利用率高；其次，通过设置积分器上光出口的大小和个数可以调整系统对太阳光的聚焦倍数。

3、本发明通过设置积分器的狭缝开口正对太阳光在聚焦透镜下表面生成的聚焦光斑的轨迹，使聚焦透镜聚焦的太阳光进入积分器内，无需根据太阳光入射角度变化进行调整，规避了传统太阳光收集系统依赖定位装置和转向装置导致系统结构复杂、造价成本高且太阳能收集效率低的缺陷，提高了太阳能收集效率的同时，并大大降低了成本。

4、本发明根据太阳能收集系统收集太阳光的角度范围可以对聚焦透镜的侧面进行裁切，使裁切后的聚焦透镜的上表面用于接收角度范围内的太阳光，并将太阳光聚焦至聚焦透镜的下表面，可以减小太阳能收集系统的体积和重量，便于大批量使用。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例静态大角度太阳能收集系统正视截面图的示意图；

图2为本发明实施例静态大角度太阳能收集系统侧视截面图的示意图；

图3为裁切后的聚焦透镜在地平坐标系子午圈平面内的截面图；

图4为对聚焦透镜下侧部分进行裁切后的示意图；

图5为本发明实施例地平坐标系的示意图；

图6为本发明实施例积分器侧面内壁为球形的示意图；

图7为本发明实施例积分器侧面内壁为旋转对称复合抛物面的示意图；

图8为图7示意图横截面的示意图；

图9为本发明实施例积分器侧面内壁为非旋转对称抛物面的示意图；

图10为本发明实施例光反射器的示意图；

图11为本发明实施例积分器侧面内壁为球面，太阳光正入射时，其出口处光强分布的示意图；

图12为本发明实施例积分器侧面内壁为球面，太阳光入射角为60°时，其出口处光强分布的示意图；

图13为本发明实施例积分器侧面内壁为复合抛物面，太阳光正入射时，其出口处光强分布的示意图。

附图标记：

101-盖板；102-聚焦透镜；200-积分器；201-积分器侧面内壁；202-积分器出口；203-光反射器；204-狭缝开口；205-积分器顶面。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种静态大角度太阳能收集系统。其正视截面图如图1所示，其侧视截面图如图2所示，该系统包括聚焦透镜和积分器，聚焦透镜为对称梯度折射率聚焦透镜。示例性的，聚焦透镜为龙伯透镜(基础折射率为1)。该聚焦透镜的下表面与积分器耦合，具体的，聚焦透镜的下表面可以与积分器的顶面贴合，或者通过波导与积分器耦合。

考虑到太阳光不同时刻入射角度不同，为了规避采用定位装置及转动装置，因此采用对称梯度折射率聚焦透镜，便能够将从各个角度入射的太阳光汇聚至聚焦透镜的下表面，并出射进入积分器中。优选的，太阳能收集系统收集的太阳光的角度范围在两个正交方向上至少分别为±10°和±60°，也可以根据具体情况选择该角度范围。

积分器，用于匀化太阳光强度，并使匀化后的太阳光从积分器的出口出射。优选的，可以将出射的太阳光照射至太阳能电池芯片进行光电转化，或者将出射的太阳光通过光纤导入室内进行照明等。

优选的，聚焦透镜的形状为球形，其折射率分布满足：

其中，n₀为聚焦透镜的基础折射率，基础折射率指的是球形聚焦透镜表面处材料的折射率，r表示聚焦透镜内任一点到聚焦透镜球心的距离，R表示聚焦透镜的半径，n(r)表示该任一点处的折射率。

优选的，聚焦透镜的基础折射率n₀＝1，聚焦透镜为球对称梯度折射率聚焦透镜。

优选的，聚焦透镜的基础折射率n₀＞1，根据聚焦透镜的有效口径对聚焦透镜的侧面进行裁切，裁切后的聚焦透镜的上表面用于接收太阳光，并将太阳光聚焦至聚焦透镜的下表面。

具体的，聚焦透镜的基础折射率n₀＞1，因此经聚焦透镜汇聚后的太阳光从透镜下表面出射时，部分远离光轴的太阳光会因入射角过大产生全反射现象，无法正常出射，造成聚焦透镜的有效口径减小，即聚焦透镜上表面有效接受太阳光的口径减小。因此，可以将这部分无效口径以及对应的聚焦透镜侧面无太阳光线经过的部分裁切掉，在减小聚焦透镜重量和体积的同时，保证聚焦透镜对太阳能具有高的收集效率。具体可以根据聚焦透镜的有效口径和收集的太阳光的角度范围确定聚焦透镜的裁切部分。示例性的，聚焦透镜的基础折射率n₀＝1.33，聚焦透镜的半径为R，则此时其有效口径为1.5R。一天中太阳方位角A的变化范围较大，而高度角H_A的变化范围较小，为了不影响聚焦透镜对太阳光的收集能力，可以仅在太阳高度角方向的平面(即系统所在地平坐标系的子午圈平面)内对透镜进行裁切。具体裁切方式如图3所示，图3为聚焦透镜在地平坐标系子午圈平面内的截面图，裁切部分为关于聚焦透镜中轴对称的两个球冠，两球冠的底面垂直于子午圈平面，且二者之间的距离大于1.5R，该距离越大，聚焦透镜在该平面内的光线收集角度范围越大。

优选的，聚焦透镜的基础折射率n₀＞1，为了防止有效口径减小，还可以在积分器内部填充透明的光学介质，该光学介质的折射率与聚焦透镜的基础折射率相等。

考虑到聚焦透镜的基础折射率n₀＞1，会导致太阳光经聚焦透镜汇聚形成的汇聚光斑在聚焦透镜的内部，优选的，如图1所示，在聚焦透镜的上方耦合一盖板，该盖板的折射率与聚焦透镜的基础折射率n₀相等，从而使汇聚光斑在聚焦透镜的下表面。

该盖板的下表面设有一凹槽，凹槽与聚焦透镜相接触的面相适配，以使盖板与聚焦透镜耦合，且凹槽的顶点至盖板下表面的距离范围为0.1R至2R，R为聚焦透镜的半径。具体的距离可以根据收集的太阳光的角度范围进行选择。

或者，取代使用盖板，对聚焦透镜的下侧部分进行裁切，使入射太阳光聚焦至裁切后的聚焦透镜的下表面。

示例性的，具体裁切方式如图4所示，沿不同方向入射的太阳光汇聚在透镜内部一个半径小于R的球面上，根据接受的太阳光的角度范围，将透镜下方给定比例部分(图示的比例为1/3，即裁切部分的高度与聚焦透镜的直径比为1:3)、光线汇聚球面以外的区域切除，其中，根据太阳能收集系统接收太阳光的角度范围以及太阳光在聚焦透镜内形成的汇聚光斑的位置确定该比例，使光线可从新的聚焦透镜下表面出射，同时不阻碍光线在透镜内部的传播。

优选的，积分器的顶面内壁与侧面内壁均覆盖有高反射率涂层，用于使太阳光在积分器内多次反射，以匀化太阳光强度。其中，涂层材料为太阳光谱范围内具有高反射率的材料。

优选的，积分器顶面的面型与聚焦透镜下表面的面型相适配，以使积分器的顶面与聚焦透镜的下表面耦合。

优选的，如图1所示，积分器的顶面设有一狭缝开口，该狭缝开口与太阳光在聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹相对应，且该狭缝开口的宽度不小于汇聚光斑的预设比例能量所对应的光斑区域的直径，以使在聚焦透镜下表面汇聚的、至少预设比例能量的太阳光从狭缝开口进入积分器内。

优选的，预设比例能量所对应的光斑区域的直径可以采用桶中功率来定义，既以汇聚光斑中心为圆心作圆，当圆所圈定的能量达到预设比例时，所对应的圆的直径即为光斑直径，示例性的，圈定的能量达到95％时，对应的圆的直径作为光斑的直径。

优选的，通过下述方式获取太阳光在聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹。

示例性的，如图5所示，以太阳能收集系统所在地为原点，以其东、南、及天顶三个方向分别为坐标轴建立地平坐标系。

步骤1、根据太阳能收集系统所在经纬度及太阳时角确定每一时刻入射太阳光的高度角H_A和方位角A。

具体公式为：

sin H₄＝sinφsin D_E+cosφcos D_Ecos T₀

其中，φ为观察者所在的纬度，D_E为太阳赤纬，T₀为太阳时角，sign(x)为符号函数，当x>0时，sign(x)＝1；当x<0时，sign(x)＝-1；当x＝0时，sign(x)＝0。

步骤2、考虑到太阳能收集系统工作时通常朝向南方倾斜放置，因此只要确定太阳能收集系统光轴与正南方向的夹角，便可结合入射太阳光的高度角和方位角确定入射太阳光相对于太阳能收集系统的入射角。

步骤3、根据聚焦透镜的工作原理，通过聚焦透镜的球心做一条与入射太阳光方向平行的直线，该直线与聚焦透镜下表面的交点即为汇聚光斑的中心，因此可以根据入射角确定每一时刻入射太阳光在聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的位置，以获得汇聚光斑的轨迹。

优选的，积分器的侧面内壁为二次曲面，示例性的，可以为球面、复合抛物面、复合双曲面或复合椭球面等。积分器上设置有至少一个光出口。具体的，积分器光出口总面积越小，其聚光倍数越高，因此可以根据对收集系统聚光倍数的需求设置积分器光出口的个数及光出口的面积。

优选的，当积分器的侧面内壁的二次曲面不为球面时，二次曲面的焦点位于设置的光出口处。示例性的，积分器侧面内壁为复合抛物面、复合双曲面或复合椭球面。

示例性的，当收集的太阳光用于光伏发电时，可选用氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)或聚四氟乙烯悬浮树脂作为涂层材料，以使太阳光在积分器内发生漫反射，保证出射的太阳光光强均匀性高，以避免损坏光电转化器件，同时提高太阳能的转化效率。并且，如图6所示，积分器的侧面内壁可以设置为球形，其直径最小不低于积分器狭缝开口的长度，最大不超过聚焦透镜的直径。积分器的出口形状为圆型，其中心法线通过侧面内壁的球心，且垂直于太阳能收集系统的光轴。其中，积分器侧面内壁面型的设置能够使积分器出口处的光强分布均匀性更高，进一步提高太阳能的转化效率。

当收集的太阳光用于室内照明时，可对积分器内壁进行抛光或镀金属反射膜，以使太阳光在积分器内发生镜面反射，提高太阳光的出射率，从而提高太阳能的利用率。并且，如图7所示，积分器的侧面内壁设置为旋转对称的复合抛物面，侧面上端为圆形，并与积分器的顶面密封相接，其直径CD不小于狭缝开口的长度。侧面下端也为圆形，为积分器的出口。其横截面如图8所示，横截面曲线AC、BD均为离轴抛物线，抛物线对称轴与系统光轴之间的夹角为θ。

其中，积分器的出口直径为：AB＝CD×sinθ；

高度为：H＝AB(1+1/sinθ)/2tanθ；

AC和BD的焦距为：F＝AB(1+sinθ)/2。

基于积分器侧面内壁涂层设置及侧面面型设置，匀化太阳光的同时，可以使太阳光具有向积分器出口出射的趋势，因此可以提高太阳光的出射效率，从而提高对太阳光的利用率。

当收集的太阳光用于室内照明时，如图9所示，积分器的侧面内壁还可以设置为非旋转对称的抛物面。其上端为椭圆，且椭圆长轴的方向与狭缝开口的延伸方向一致，相比于侧面内壁为旋转对称的复合抛物面，该侧面内壁面型对应的积分器腔体的体积更小，在相同聚光倍数的情况下，太阳光更容易从积分器出口出射，因此具有更高的太阳光利用率，但均匀性稍有降低。

优选的，为了避免聚焦透镜聚焦的太阳光进入积分器后不经内壁反射直接从积分器光出口出射，在狭缝开口的下方设置有光反射器，该光反射器正对狭缝开口设置，其宽度大于狭缝开口的宽度。

如图10所示，光反射器包括：

第一反射面，靠近积分器狭缝开口一侧，设置其弯曲程度和弯曲方向使进入积分器的太阳光反射至积分器的内壁上。

以及第二反射面，靠近积分器光出口一侧，设置其弯曲程度和弯曲方向，使其将被积分器内壁反射的太阳光趋于向积分器光出口位置传播，并阻挡被积分器内壁反射的太阳光从狭缝开口出射。

优选的，聚焦透镜的下表面与积分器通过波导实现耦合，或直接粘合，或通过其他有效的方式耦合。

现通过下述实施例更好的证明本发明的有益效果。

使用的聚焦透镜的直径为100mm，积分器侧面内壁为球面，直径为77mm，积分器内壁的光学特性为朗伯散射，太阳能收集系统在两个正交方向上的光接收角至少分别为±10°和±60°。当太阳光正入射收集系统时，积分器光出口处的光强分布如图11所示，其平均聚光倍数为4.69，能量收集率(从出口出射的能量/进入收集系统的总能量)为64.3％；但太阳光的入射角为(0°，60°)时，积分器出口处的光强分布如图12所示，其平均聚光倍数为3.65，能量收集率为51.1％；两种入射情况下，积分器出口处的光强均匀性(最小照度/平均照度)均高于95％，具有很好的匀化效果。

积分器侧面内壁为复合抛物面，内壁的光学特性为镜面反射的情况下，太阳光沿收集系统的光轴方向正入射，此时积分器出口处的光强分布如图13所示，太阳光能量集中在一个较小区域内，不同位置处的聚光倍数相差可达数十倍，其均匀性相对较差，但能量收集率可提高至82.5％以上。

与现有技术相比，本发明提出的静态大角度太阳能收集系统，首先，利用静态球对称梯度折射率聚焦透镜能够实现静态收集至少±60°范围内的太阳光，且具有较恒定的有效入射口径和聚光效果，克服了传统聚焦透镜的有效口径和汇聚光斑能量集中度随视场角增加而降低的缺点，可以有效提高太阳能的收集效率；其次，利用积分器对入射其中的太阳光强度进行匀化，可以根据不同的使用需求选择不同的积分器侧面内壁面型，以使太阳光光强均匀性高或能量利用率高；其次，通过设置积分器上光出口的大小和个数可以调整系统对太阳光的聚焦倍数；此外，本发明通过设置积分器的狭缝开口正对太阳光在聚焦透镜下表面生成的聚焦光斑的轨迹，使聚焦透镜聚焦的太阳光进入积分器内，无需根据太阳光入射角度变化进行调整，规避了传统太阳光收集系统依赖定位装置和转向装置导致系统结构复杂、造价成本高且太阳能收集效率低的缺陷，提高了太阳能收集效率的同时，并大大降低了成本；最后，本发明根据太阳能收集系统收集太阳光的角度范围可以对聚焦透镜的侧面进行裁切，使裁切后的聚焦透镜的上表面用于接收角度范围内的太阳光，并将太阳光聚焦至聚焦透镜的下表面，可以减小太阳能收集系统的体积和重量，便于大批量使用。

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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静态大角度太阳能收集系统，其特征在于，包括聚焦透镜和积分器，所述聚焦透镜为对称梯度折射率聚焦透镜；所述聚焦透镜的下表面与所述积分器耦合；

所述聚焦透镜，用于将从各个角度入射的太阳光汇聚至所述聚焦透镜的下表面，并出射进入所述积分器中；具体地，所述聚焦透镜的形状为球形；

所述聚焦透镜的基础折射率

，对所述聚焦透镜的下侧部分进行裁切，使所述入射太阳光聚焦至裁切后的所述聚焦透镜的下表面；具体为：

沿不同方向入射的太阳光汇聚在透镜内部一个半径小于聚焦透镜的半径R的球面上，根据接受的太阳光的角度范围，将透镜下方给定比例部分、光线汇聚球面以外的区域切除，其中，根据太阳能收集系统接收太阳光的角度范围以及太阳光在聚焦透镜内形成的汇聚光斑的位置确定该比例，使光线可从新的聚焦透镜下表面出射，同时不阻碍光线在透镜内部的传播；

所述积分器，用于匀化所述太阳光强度，并使匀化后的所述太阳光从所述积分器的出口出射；其中，

积分器顶面的面型与所述聚焦透镜下表面的面型相适配，以使所述积分器的顶面与所述聚焦透镜的下表面耦合；所述积分器的顶面设有一狭缝开口，所述狭缝开口与太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹相对应，所述狭缝开口的宽度不小于所述汇聚光斑的预设比例能量所对应的光斑区域的直径，以使在所述聚焦透镜下表面汇聚的、至少预设比例能量的太阳光从所述狭缝开口进入所述积分器内；

通过设置积分器光出口的个数及光出口的面积调整收集系统的聚光倍数；

收集的太阳光用于光伏发电或室内照明；其中，

当收集的太阳光用于光伏发电时，积分器的内壁选用氧化镁、硫酸钡或聚四氟乙烯悬浮树脂作为涂层材料，且积分器的侧面内壁设置为球形，积分器的出口形状为圆型；

当收集的太阳光用于室内照明时，对积分器内壁进行抛光或镀金属反射膜，且积分器的侧面内壁设置为旋转对称的复合抛物面，侧面上端为圆形，并与积分器的顶面密封相接，侧面下端也为圆形，为积分器的出口；或，积分器的侧面内壁还设置为非旋转对称的抛物面，其上端为椭圆，且椭圆长轴的方向与狭缝开口的延伸方向一致。

2.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述聚焦透镜的形状为球形，其折射率分布满足：

，

其中，

为所述聚焦透镜的基础折射率，

表示所述聚焦透镜内任一点到所述聚焦透镜球心的距离，

表示所述聚焦透镜的半径，

表示所述任一点处的折射率。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述积分器的顶面内壁与侧面内壁均覆盖有高反射率涂层，用于使太阳光在所述积分器内多次反射，以匀化所述太阳光强度。

4.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其特征在于，通过下述方式获取太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹：

根据所述太阳能收集系统所在经纬度及太阳时角确定每一时刻入射太阳光的高度角和方位角；

根据所述入射太阳光的高度角和方位角确定所述入射太阳光相对于所述太阳能收集系统的入射角；

根据所述入射角确定每一时刻所述入射太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的位置，以获得所述汇聚光斑的轨迹。

5.根据权利要求3所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述积分器的侧面内壁为二次曲面，且所述积分器上设置有至少一个光出口。

6.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其特征在于，当所述积分器的侧面内壁的二次曲面不为球面时，所述二次曲面的焦点位于设置的所述光出口处。

7.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述狭缝开口的下方设置有光反射器，所述光反射器正对所述狭缝开口设置，其宽度大于所述狭缝开口的宽度；

所述光反射器包括：

第一反射面，用于将进入所述积分器的太阳光反射至积分器的内壁上；

第二反射面，用于阻挡被所述积分器内壁反射的太阳光从所述狭缝开口出射。

8.根据权利要求2、4-7任一项所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述聚焦透镜的下表面与所述积分器通过波导实现耦合。

9.根据权利要求2所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述聚焦透镜的基础折射率

，根据所述聚焦透镜的有效口径对所述聚焦透镜的侧面进行裁切，裁切后的所述聚焦透镜的上表面用于接收太阳光，并将所述太阳光聚焦至所述聚焦透镜的下表面。

10.根据权利要求2所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述聚焦透镜的基础折射率

，所述积分器内部填充有透明的光学介质，所述光学介质的折射率与所述聚焦透镜的基础折射率相等。

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