CN112984835A - 一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器 - Google Patents

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马孟超
司武汉
邓华夏
钟翔
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    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
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Abstract

本发明的一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，包括复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器的顶部固定一个曲面复眼透镜阵列，所述复合抛物面聚光器的底部固定一个太阳能电池；曲面复眼透镜阵列作为非成像聚焦器收集漫射光和直射光，曲面复眼透镜阵列将大角度的光聚焦成一系列分散的光点，作为二次聚光器的复合抛物面聚光器将曲面复眼透镜阵列收集到的光点折射到与底面紧紧贴合的太阳能电池上，进行大角度的太阳能光线的收集。本发明的仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，不需要安装复杂的太阳能追踪器，具有大接收角度的优势可以全天工作，降低了太阳能收集的成本。

Description

一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器
技术领域
本发明涉及聚光技术领域，具体涉及一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器。
背景技术
可再生能源的利用越来越引起人们的重视，使用可再生能源有利于减少温室气体的排放，对改善人类的生活有重要意义。当前人类可以利用的可再生能源包括太阳能、风能、核能、生物质能。其中，太阳能更适合人类开发利用，因为太阳能有着无限的储量、全球性分布、经济清洁的特点。太阳能在开发的过程中不会产生废气、废水等污染物。太阳能的利用价值比较大，因此对太阳能收集器的研究有着重要的意义。
虽然太阳能有着很多的优点，但是受限于遥远的距离、大气层和臭氧层的阻挡作用最终到达地面的能量流密度很低，太阳传输给地球的功率为1.74×10^17瓦，其中有大约一半的能量在穿过大气层时就被吸收掉了，剩余的照射到的地球表面的平均能量一般不超过1kw/m2。能量流密度过低说明太阳能分布分散不适合直接利用。与此同时太阳每天东升西落使得太阳能收集更加不稳定。
聚光光伏可以很好的解决太阳能成本与效率问题。目前研究较为深入的是折射式菲涅尔太阳能聚光器，但是由于折射式菲涅尔太阳能聚光器具有较高的聚光比导致其接收角度非常小，这就需要高精度的太阳能跟踪器不断地跟踪太阳变化的角度。太阳能跟踪器不仅需要消耗能量，并且维护成本较高，成本可占到整个系统造价的一半以上。
一种新型的高聚焦度的自由曲面菲涅尔照明系统[实用新型]，申请号CN201721832131.1，提供一种新型的高聚焦度的自由曲面菲涅尔照明系统，涉及光学设备技术领域，按光线传播方向依次设置有一点光源、一包含自由曲面的菲涅尔透镜以及一接收面，所述菲涅尔透镜与所述接收面平行设置，所述点光源设置在所述菲涅尔透镜和所述接收面的中垂线上，所述菲涅尔透镜包括入光平面以及与所述入光平面相对设置的多段混合曲面，所述多段混合曲面上设置有N干个自由曲面锯齿，所述点光源设置在所述入光平面的一侧，所述接收面设置在所述多段混合曲面的一侧；所述点光源具有出射角度所述出射角度划分成N份与所述自由曲面锯齿一一对应。
即现有的高聚光比太阳能聚光器，需要太阳能追踪器安装复杂度高、维护成本较高、可靠性差。
发明内容
本发明提出的一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，可解决普通太阳能聚光器需要追踪装置的缺点，该装置可实现大角度收集太阳能具有很高的光学效率。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，包括复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器的顶部固定一个曲面复眼透镜阵列，所述复合抛物面聚光器的底部固定一个太阳能电池；
曲面复眼透镜阵列作为非成像聚焦器收集漫射光和直射光，曲面复眼透镜阵列将大角度的光聚焦成一系列分散的光点，作为二次聚光器的复合抛物面聚光器将曲面复眼透镜阵列收集到的光点折射到与底面紧紧贴合的太阳能电池上，进行大角度的太阳能光线的收集。
进一步的，所述曲面复眼透镜阵列为正二十面体构成，正二十面体每一面都是正三角形，将每一面都细分成若干频率为4的小三角形，其中，4是指正三角形的每条边平均分割为4份。
进一步的，所述曲面复眼透镜阵列采用透明树脂制作。
进一步的，所述复合抛物面聚光器的反射面镀银。
由上述技术方案可知，本发明的仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，不需要安装复杂的太阳能追踪器，具有大接收角度的优势可以全天工作，降低了太阳能收集的成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的曲面复眼透镜阵列的结构示意图；
图3是本发明的复合抛物面聚光器结构示意图；
图4是本发明的光路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，利用自然界复眼的排列方式，设计了一种非追踪复眼式太阳能收集装置。复眼式太阳能聚光器由三个主要组成部分组成:一个曲面复眼透镜阵列2、一个复合抛物面聚光器1和一个在底部的太阳能电池1，如图2所示，复眼即曲面复眼透镜阵列2由透明树脂制作而成具有很高的透光率，如图3所示，复合抛物面聚光器1的反射面及内表面镀银，复眼作为非成像聚焦器收集漫射光和直射光，复眼将大角度的光聚焦成一系列分散的光点，作为二次聚光器的复合抛物面聚光器将复眼收集到的光点折射到与底面紧紧贴合的太阳能电池上，进行大角度的太阳能光线的收集。
在曲面复眼透镜阵列2的设计中，可利用正多边形的特性，对正多边形的各个面进行处理，以便最终获得最佳的子眼排布坐标；本发明实施例采用正二十面体，正二十面体每一面都是正三角形，将每一面都细分成若干频率为4的小三角形。其中，4是指正三角形的每条边平均分割为4份。这些正三角形的顶点向外接圆投影得到的位置就可以作为子眼的位置坐标。
如图4所示，本发明实施例采用的传统的复合抛物面来将复眼收集到的光线折射到底端的太阳能电池上。设计的复眼光线接收角度可以达到+60°到-60°，聚光器可以实现在120度的大角度内收集太阳能，保证了聚光器可以在全天工作，具有较高的效率的同时结构简单且不需要复杂的追踪装置具有很高的实用性。
本发明的太阳能聚光器具有效率高、接受角度大、可靠性高、不需要复杂的追踪装置的优点。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，包括复合抛物面聚光器(1)，其特征在于，所述复合抛物面聚光器(1)的顶部固定一个曲面复眼透镜阵列(2)，所述复合抛物面聚光器(1)的底部固定一个太阳能电池(3)；
曲面复眼透镜阵列(2)作为非成像聚焦器收集漫射光和直射光，曲面复眼透镜阵列(2)将大角度的光聚焦成一系列分散的光点，作为二次聚光器的复合抛物面聚光器(1)将曲面复眼透镜阵列(2)收集到的光点折射到与底面紧紧贴合的太阳能电池(3)上，进行大角度的太阳能光线的收集。
2.根据权利要求1所述的仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，其特征在于：所述曲面复眼透镜阵列(2)为正二十面体构成，正二十面体每一面都是正三角形，将每一面都细分成若干频率为4的小三角形，其中，4是指正三角形的每条边平均分割为4份。
3.根据权利要求2所述的仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，其特征在于：所述曲面复眼透镜阵列(2)采用透明树脂制作。
4.根据权利要求1所述的仿生复眼式太阳能非跟踪式聚光器，其特征在于：所述复合抛物面聚光器(1)的反射面镀银。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156344A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 冯石文 微形凸透镜球面太阳能聚光板
CN203720435U (zh) * 2014-02-28 2014-07-16 上海师范大学 半球形复眼自然光收集器
CN104426471A (zh) * 2013-09-10 2015-03-18 上海空间电源研究所 用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器
GB2525853A (en) * 2014-05-01 2015-11-11 Richard Wakefield A solar array
CN105974569A (zh) * 2014-08-14 2016-09-28 王永华 无跟踪高倍静止聚光器
CN207603554U (zh) * 2017-09-13 2018-07-10 深圳大学 一种复合聚光型太阳能光伏发电装置
CN108768284A (zh) * 2018-06-12 2018-11-06 南京绿新能源研究院有限公司 基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统
CN109084490A (zh) * 2018-08-20 2018-12-25 甘肃自然能源研究所 一种非跟踪的复合抛物面聚光器
CN110927961A (zh) * 2018-09-19 2020-03-27 天津大学青岛海洋技术研究院 基于三维探测的复眼系统的子眼优化排布方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156344A (zh) * 2010-02-11 2011-08-17 冯石文 微形凸透镜球面太阳能聚光板
CN104426471A (zh) * 2013-09-10 2015-03-18 上海空间电源研究所 用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器
CN203720435U (zh) * 2014-02-28 2014-07-16 上海师范大学 半球形复眼自然光收集器
GB2525853A (en) * 2014-05-01 2015-11-11 Richard Wakefield A solar array
CN105974569A (zh) * 2014-08-14 2016-09-28 王永华 无跟踪高倍静止聚光器
CN207603554U (zh) * 2017-09-13 2018-07-10 深圳大学 一种复合聚光型太阳能光伏发电装置
CN108768284A (zh) * 2018-06-12 2018-11-06 南京绿新能源研究院有限公司 基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统
CN109084490A (zh) * 2018-08-20 2018-12-25 甘肃自然能源研究所 一种非跟踪的复合抛物面聚光器
CN110927961A (zh) * 2018-09-19 2020-03-27 天津大学青岛海洋技术研究院 基于三维探测的复眼系统的子眼优化排布方法

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