CN201311111Y - 太阳能聚光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能聚光装置，包括用于汇聚入射光线的聚光镜、以及能量收集器，所述聚光装置还包括用于将经汇聚的光线反射到所述能量收集器的反射镜，所述聚光镜、能量收集器、以及反射镜共轴。通过设置反射镜，使聚光镜与能量收集器之间的距离变小，可大幅缩减整个太阳能聚光装置的体积。

Description

太阳能聚光装置

技术领域

本实用新型涉及一种光学装置，更具体地说，涉及一种太阳能聚光装置。

背景技术

随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的增强，太阳能相关的事业近年来有了飞速的发展，太阳能聚光技术应运而生。目前市场上已经出现了各种聚光装置。参照图1，在现有的一种太阳能聚光装置中，采用了凸透镜11作为聚光镜，能量收集器12设置在凸透镜11的焦点附近。当光线入射到凸透镜11，会由于凸透镜11的聚光作用而汇聚于能量收集器12上，借此收集太阳能。

参照图2，在现有的另一种太阳能聚光装置中，采用了具有聚光作用的菲涅尔透镜21作为聚光镜，能量收集器22设置在菲涅耳透镜21的聚光焦点附近。当光线从菲涅尔透镜21的光面入射，汇聚于能量收集器22，借此收集太阳能。

这两种太阳能聚光装置的缺陷在于，能量收集器需设置在对应聚光镜的聚光焦点处，该焦距与聚光镜的半径相当，使得整个太阳能聚光装置的厚度较厚，体积和重量都无法缩减。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中太阳能聚光装置的厚度较厚的缺陷，提供一种太阳能聚光装置，能够缩减光路、减小厚度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种太阳能聚光装置，包括用于汇聚入射光线的聚光镜、以及能量收集器，所述聚光装置还包括用于将经汇聚的光线反射到所述能量收集器的反射镜，所述聚光镜、能量收集器、以及反射镜共轴。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述反射镜包括：

用于反射通过所述聚光镜的光线的第一反射镜，与所述聚光镜相对设置；以及

用于接收所述第一反射镜反射的光线并将该光线反射到所述能量收集器的第二反射镜，设置在所述聚光镜的中心。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述能量收集器设置在所述第一反射镜中心。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述聚光镜与所述第一反射镜之间的距离为H，则：f(R1-r)/3R1≤H≤f(R1+r)/3R1，

其中f是所述聚光镜的焦距，R1是所述聚光镜的外周半径，r是所述能量收集器的受光面在所述聚光镜的轴线方向上的投影半径。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述第一反射镜和第二反射镜均为平面反射镜。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述反射镜与所述聚光镜相对设置，所述能量收集器设置在所述聚光镜的中心。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述聚光镜与所述反射镜之间的距离为H，则：f(R1-r)/2R1≤H≤f(R1+r)/2R1，

其中f是所述聚光镜的焦距，R1是所述聚光镜的外周半径，r是所述能量收集器的受光面在所述聚光镜的轴线方向上的投影半径。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述反射镜是平面反射镜。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述反射镜是曲面反射镜。

在本实用新型所述的太阳能聚光装置中，所述聚光镜的焦距与其外周半径相等。

实施本实用新型的太阳能聚光装置，具有以下有益效果：通过设置反射镜，使聚光镜与能量收集器之间的距离变小，可大幅缩减整个太阳能聚光装置的体积。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中一种太阳能聚光装置的示意图；

图2是现有技术中另一种太阳能聚光装置的示意图；

图3是根据本实用新型第一实施例的太阳能聚光装置的示意图；

图4是根据本实用新型第二实施例的太阳能聚光装置的示意图。

具体实施方式

在本实用新型的太阳能聚光装置中，是利用了反射镜来缩短光路，达到减小厚度的目的。参照图3，在本实用新型的第一实施例中，太阳能聚光装置100包括：聚光镜101，其轴线为L；与聚光镜101相对设置的第一反射镜102；设置在聚光镜101中心的第二反射镜103；以及设置在第一反射镜102中心的能量收集器104。聚光镜101可以是，例如，凸透镜或者菲涅耳透镜，其焦距为f。光线经过该聚光镜101后被汇聚。

在该实施例中，第一反射镜102为平面反射镜，用于反射通过聚光镜101的光线，它与聚光镜101相对设置，两者之间的距离为H，其中H＜f。第一反射镜102呈环形，其轴线与聚光镜101的轴线L重合。第二反射镜103呈圆形，用于接收第一反射镜102反射的光线并将该光线反射到能量收集器104，其轴线也与聚光镜101的轴线L重合。入射的光线经聚光镜101汇聚后，被第一反射镜102反射，之后入射到第二反射镜103并被第二次反射，最终到达能量收集器104。能量收集器104可以是，例如，太阳能电池、液体加温器等，其受光面可以是平面或曲面，且在轴线L方向上的投影为圆形，其半径定义为r。r优选为5mm。聚光镜101、第一反射镜102、以及第二反射镜103的外周半径分别定义为R1、R2、R3。

为了使第二反射镜103反射的光线都能够聚集于能量收集器104，能量收集器104位于光线汇聚的焦点附近。图3以虚线示出了光线汇聚于焦点F的情况，能量收集器104可以如图3中的实线所示，位于焦点F的上方，也可以如图3中的虚线所示，位于焦点F的下方。

当能量收集器104位于焦点F上方时，各参数最好满足以下等式：

(f-3H)/r＝f/R1    等式[1]

其中f-3H是能量收集器104到焦点F的距离，由此得到：

H＝f(R1-r)/3R1    等式[2]

当能量收集器104位于焦点F下方时，各参数最好满足以下等式：

(3H-f)/r＝f/R1    等式[3]

其中3H-f是能量收集器104到焦点F的距离，由此得到：

H＝f(R1+r)/3R1    等式[4]

能量收集器104可以在实线和虚线所示的两个位置之间偏移，因此H满足以下不等式，即可使第二反射镜103反射的光线都能够聚集于能量收集器104：

f(R1-r)/3R1≤H≤f(R1+r)/3R1    不等式[1]

在本实用新型中，第一反射镜102的外周半径R2可以与聚光镜101的半径R1相同，以保证能够反射全部的光线，R2最好满足以下不等式：

(f-H)R1/f≤R2≤R1              不等式[2]

关于第二反射镜103的半径R3，因过大会阻挡光线通过聚光镜101，因此在本实用新型的优选实施例中：

R3＝(f-2H)R1/f                 等式[5]

考虑到聚光镜101的半径R1与焦距f大致相当，可近似认为能量收集器104到焦点F的距离也等于r，则可得到以下不等式：

(f-r)/3≤H≤(f+r)/3            不等式[3]

f-H≤R2≤R1                    不等式[4]

R3＝f-2H                       等式[6]

r相对于f较小，由不等式[3]可以看出，通过设置第一反射镜102、第二反射镜103，使聚光镜101与能量收集器104之间的距离H变成焦距f的1/3左右，可大幅缩减整个太阳能聚光装置100的体积。

参照图4，在本实用新型的第二实施例中，仅设置了一个反射镜。与第一实施例类似的部分不再赘述。在该实施例中，太阳能聚光装置200包括：聚光镜201，其轴线为L；与聚光镜201相对设置的反射镜202；以及设置在聚光镜201中心的能量收集器204。聚光镜201为环形，其焦距为f。反射镜202与聚光镜201相对设置，两者之间的距离为h。聚光镜201、反射镜202、能量收集器204三者共轴。

入射的光线经聚光镜201汇聚后，被反射镜202反射，入射到能量收集器204。能量收集器204的受光面在轴线L方向上的投影为圆形，其半径定义为r。聚光镜201、反射镜202的外周半径分别定义为R1、R2。

为了使反射镜202反射的光线都能够聚集于能量收集器204，能量收集器204位于光线汇聚的焦点附近。图4以虚线示出了光线汇聚于焦点F的情况，能量收集器104以如图4中的实线所示，位于焦点F的下方，也可以如图4中的虚线所示，位于焦点F的上方。

以类似的方式得到H的范围：

f(R1-r)/2R1≤H≤f(R1+r)/2R1    不等式[5]

反射镜202的外周半径R2可以与聚光镜201的半径R1相同，以保证能够反射全部的光线，R2最好满足以下不等式：

(f-H)R1/f≤R2≤R1              不等式[6]

考虑到聚光镜201的半径R1与焦距f大致相当，可得到以下不等式：

(f-r)/2≤H≤(f+r)/2            不等式[7]

f-H≤R2≤R1                    不等式[8]

r相对于f较小，由不等式[7]可以看出，通过设置反射镜202，使聚光镜201与能量收集器204之间的距离H变成焦距f的1/2左右，可大幅缩减整个太阳能聚光装置200的体积。

在以上两个实施例中，以反射镜为平面反射镜为例对本实用新型的最佳实施方式进行了说明，但是在其它的实施例中，反射镜也可以是曲面反射镜，通过合理设置反射镜的形状和位置，可以达到同样的功效。并且，能量收集器可设置在聚光装置与反射镜之间，而不是设置在聚光装置或者反射镜的中心。除设置一个或两个反射镜外，还可设置其它数量的多个反射镜，光线经过多次反射到达能量收集器。本实用新型通过设置反射镜，可减小整个太阳能聚光装置的厚度、减轻装置的重量，从而减少相关驱动装置的能量消耗。

Claims (10)

1、一种太阳能聚光装置，包括用于汇聚入射光线的聚光镜、以及能量收集器，其特征在于，所述聚光装置还包括用于将经汇聚的光线反射到所述能量收集器的反射镜，所述聚光镜、能量收集器、以及反射镜共轴。

2、根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述反射镜包括：

用于反射通过所述聚光镜的光线的第一反射镜，与所述聚光镜相对设置；以及

用于接收所述第一反射镜反射的光线并将该光线反射到所述能量收集器的第二反射镜，设置在所述聚光镜的中心。

3、根据权利要求2所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述能量收集器设置在所述第一反射镜中心。

4、根据权利要求3所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述聚光镜与所述第一反射镜之间的距离为H，则：f(R1-r)/3R1≤H≤f(R1+r)/3R1，

其中f是所述聚光镜的焦距，R1是所述聚光镜的外周半径，r是所述能量收集器的受光面在所述聚光镜的轴线方向上的投影半径。

5、根据权利要求4所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜均为平面反射镜。

6、根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述反射镜与所述聚光镜相对设置，所述能量收集器设置在所述聚光镜的中心。

7、根据权利要求6所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述聚光镜与所述反射镜之间的距离为H，则：f(R1-r)/2R1≤H≤f(R1+r)/2R1，

其中f是所述聚光镜的焦距，R1是所述聚光镜的外周半径，r是所述能量收集器的受光面在所述聚光镜的轴线方向上的投影半径。

8、根据权利要求7所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述反射镜是平面反射镜。

9、根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述反射镜是曲面反射镜。

10、根据权利要求4或7所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述聚光镜的焦距与其外周半径相等。

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