CN202281860U - 菲涅尔式太阳能二次反射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种菲涅尔式太阳能二次反射装置，包括蛛网状刚性结构和二维离散化的鱼鳞状反射镜阵，鱼鳞状反射镜阵嵌设在蛛网状刚性结构中。较佳地，蛛网状刚性结构由沿圆弧方向的梁架结构和沿径向的梁架结构交错而成，鱼鳞状反射镜阵嵌设在沿圆弧方向的梁架结构和沿径向的梁架结构之间，沿径向的梁架结构与水平面的夹角不超过12°。鱼鳞状反射镜阵具有普通曲面反射镜成像特性，由一系列共焦点但面型参数不同的不连续旋转曲面组成，各不连续旋转曲面由离散的鱼鳞状反射镜阵单元拟合而成。本实用新型的设计独特，结构简单，制造成本低，并且有效改善了风抗问题，同时提高了可靠性，未出现镜片单元间的阴影遮挡问题，适于大规模推广应用。

Description

菲涅尔式太阳能二次反射装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用设备技术领域，特别涉及太阳能反射装置技术领域，具体是指一种菲涅尔式太阳能二次反射装置，可用于光热发电。

背景技术

二次反射太阳能热发电系统是在传统的塔式太阳能热发电系统的基础上改进的，由于传统的塔式系统将吸热器安装在数十米高的塔顶，对流与辐射损失较大，而且吸热器安装与维护成本较大，因此可以通过在塔顶的位置安放一个双曲面型或者椭圆面型的二次反射装置，从而将吸热器改为地面安装，以降低热能损耗，并简化部分高空吸热器的配套设备，大幅削减系统造价和风险。其中二次反射系统的设计是整个太阳能热发电系统设计中的关键部分。

目前二次反射镜面型主要有双曲面型和椭圆面型，由于二次反射镜尺寸较大，一般工程上很难制造出具有一定曲面的二次反射镜，因此需要用许多小平面镜组合成具有上述面型功能的二次反射系统。现有的技术主要是采用离散化的平面镜拼接成具有上述面型形状的二次反射系统。由于这种离散化的二次反射系统是由整体具有一定弧度的许多平面镜拟合而成，其结构复杂，机械安装精度较难实现。

菲涅尔反射装置，是指由一系列不同倾角的不连续平面镜组合成具有任一面型功能的反射装置。目前在热发电系统中菲涅尔反射装置主要利用在槽式太阳能热发电系统中，相对于槽式太阳能热发电系统，具有结构简单，制作、运行成本低和抗风性能优良，更易于商业化等特点。而菲涅尔反射式装置在二次反射系统中的应用尚无报道过。

本实用新型将菲涅尔反射式装置应用于二次反射系统中，采用该种结构的菲涅尔式太阳能二次反射装置，结构简单、制造成本低，并且有效改善了风抗问题，同时提高了可靠性，未出现镜片单元间的阴影遮挡问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种菲涅尔式太阳能二次反射装置，该菲涅尔式太阳能二次反射装置设计独特，结构简单，制造成本低，并且有效改善了风抗问题，同时提高了可靠性，未出现镜片单元间的阴影遮挡问题，适于大规模推广应用。

为了实现上述的目的，本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特点在于，包括蛛网状刚性结构和二维离散化的鱼鳞状反射镜阵，所述鱼鳞状反射镜阵嵌设在所述蛛网状刚性结构中。

较佳地，所述蛛网状刚性结构由沿圆弧方向的曲线或折线梁架结构和沿径向的直线、曲线或折线梁架结构交错而成，所述鱼鳞状反射镜阵嵌设在所述的沿圆弧方向的曲线或折线梁架结构和所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构之间，所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构与水平面的夹角不超过12°。

较佳地，所述二维离散化是指沿圆弧方向离散化和沿直径方向离散化。

较佳地，所述鱼鳞状反射镜阵由一系列共焦点但面型参数不同的不连续旋转曲面组成，各所述不连续旋转曲面由离散的鱼鳞状反射镜阵单元拟合而成，所述鱼鳞状反射镜阵具有普通曲面反射镜成像特性，所述鱼鳞状反射镜阵单元具有参差排列的鱼鳞形状。

更佳地，所述鱼鳞状反射镜阵单元由若干具有不同倾角的反射镜片单元组成，所述反射镜片单元接近其所在的所述不连续旋转曲面的圆心的一边比远离所述圆心的一边短。

更进一步地，所述反射镜片单元为梯形平面镜或矩形平面镜。

更佳地，所述不连续旋转曲面为旋转双曲面或旋转椭球面。

更佳地，所述蛛网状刚性结构由沿圆弧方向的曲线或折线梁架结构和沿径向的直线、曲线或折线梁架结构交错而成，所述鱼鳞状反射镜阵单元分别安装在两根所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构之间，所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构与水平面的夹角不超过12°。

更进一步地，所述鱼鳞状反射镜阵单元由若干具有不同倾角的反射镜片单元组成，所述反射镜片单元均位于同一曲面或平面上。

尤其更佳地，通过改变各个所述反射镜片单元的倾角大小来实现所述菲涅尔式太阳能二次反射装置的焦距的变化。

与现有技术相比，本实用新型的技术效果在于：本实用新型提供的一种菲涅尔式太阳能二次反射装置，包括蛛网状刚性结构和二维离散化的鱼鳞状反射镜阵，所述鱼鳞状反射镜阵嵌设在所述蛛网状刚性结构中，结构简单、制造成本低，并且有效改善了风抗问题，同时提高了可靠性，未出现镜片单元间的阴影遮挡问题，具有比常规离散化的二次反射镜系统更优异的性能。

附图说明

图1为本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置的一具体实施例的俯视示意图。

图2为图1所示的具体实施例的主视示意图。

图3为本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置中采用上底边共面和沿径向的直线梁架结构的单片反光模块的结构示意图。

图4为本实用新型的采用图3的单片反光模块的菲涅尔式太阳能二次反射装置的演化说明图。

图5为本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置中采用下底边共面和沿径向的直线梁架结构的单片反光模块的结构示意图。

图6为本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置中采用沿径向的曲线梁架结构的单片反光模块的结构示意图。

图7为本实用新型的采用图6的单片反光模块的菲涅尔式太阳能二次反射装置的演化说明图。

图8为本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置中采用沿径向的折线梁架结构的单片反光模块的结构示意图。

图9为本实用新型的采用图8的单片反光模块的菲涅尔式太阳能二次反射装置的演化说明图。

图10为本实用新型的采用沿径向的直线梁架结构在同一水平面内的菲涅尔太阳能二次反射装置演化说明图。

图11为本实用新型的采用沿径向的直线梁架结构在同一水平面内的菲涅尔太阳能二次反射装置的立体示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其中相同的部件采用相同的附图标记。在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置结构示意图会不依一般比例进行放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。

为便于图形说明，这里引入一个虚拟的单片反光模块1，它是由两根沿径向的梁架结构11和安设于两根径向的梁架结构11之间的鱼鳞状反射镜阵单元30组成。

请参阅图1和2所示，为本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置的结构示意图。其中所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置包括二维离散化结构的鱼鳞状反射镜阵10和用于安装鱼鳞状反射镜阵10的蛛网状刚性结构20，形成由呈圆周分布的且整体拟合为一成像特性类似于普通曲面反射镜的多块单片反光模块1组成的结构形状。如图2所示，所述的蛛网状刚性结构20包括沿圆弧方向的梁架结构15和沿径向的梁架结构11，两者交错，鱼鳞状反射镜阵10紧靠蛛网状刚性结构20安装，沿径向的梁架结构11与水平面的夹角不超过12°。

如图3和4所示，单片反光模块1包括两根沿径向的梁架结构11和安设于两根沿径向的梁架结构11之间的鱼鳞状反射镜阵单元30，在该实施方式中，所述的两根沿径向的梁架结构11均为直线梁架结构，沿圆弧方向的梁架结构15为折线梁架结构，所述的鱼鳞状反射镜阵单元30由多片固定于所述的两根沿径向的梁架结构11之间的不同倾角的反射镜片单元12组成，该反射镜片单元12为梯形平面反射镜，其接近所述的圆周分布的圆心的一边较短，远离圆心的一边较长。在该实施方式中，如图3所示，所述的反射镜片单元12的上底边13均位于同一平面内。

在另一种实施方式中，如图5所示，可以使所述的反射镜片单元12的下底边14位于同一平面内。也可以使所述的镜片单元12内平行于上底边的线段位于同一平面内。

在又一种实施方式中，如图6和7所示，所述的两根沿径向的梁架结构11均为曲线梁架结构，沿圆弧方向的梁架结构15为曲线梁架结构，所述的鱼鳞状反射镜阵单元30由多片固定于所述的两根沿径向的梁架结构11之间的不同倾角的反射镜片单元12组成，该反射镜片单元12为梯形平面反射镜，其接近所述的圆周分布的圆心的一边较短，远离圆心的一边较长。所述的两根沿径向的梁架结构11也可以为折线梁架结构，所述的沿圆弧方向的梁架结构15也可以为折线梁架结构，所述的反射镜片单元12也可以为矩形平面反射镜或者其他形状平面反射镜，如图8和9所示。

在一种优选的实施方式中，如图8所示，所述的沿径向的梁架结构11为折线梁架结构，折线梁架结构所包括的直线梁段的数量与设置于沿径向的梁架结构11之间的反射镜片单元12的数量相等，且所述的直线梁段与所述的反射镜片单元12对应设置。

该二次反射装置是一个二维离散化结构，即周向和径向离散，如图1所示。每个环带(即图1中所示的由沿圆弧方向的梁架结构15分隔形成的环形区域)内采用不同的曲面2(旋转双曲面或旋转椭球面)面型参数，要求每个环带内的曲面2具有相同的上焦点3和下焦点4，如图4所示。通过改变各个反射镜片单元的倾角大小来实现二次反射装置焦距的变化。如图1所示，每个环带内的旋转双曲面面型参数公式如下：

$a=\sqrt{\frac{(z^2+c_0^2+y^2)-\sqrt{(z^2+c_0^2+y^2)-4{\mathrm{gz}}^2{\mathrm{gc}}_0^2}}{2}}$

c＝c₀            (1)

$b=\sqrt{c^2-a^2}$

其中，c₀为该二次反射装置等价的旋转双曲面面型参数，(y，z)为沿径向的梁架结构11离散化点的坐标，a、b和c为每个环带内的旋转双曲面面型参数。

每个环带内的旋转椭球面面型参数公式如下：

$a=\sqrt{\frac{(z^2+c_0^2+y^2)-\sqrt{(z^2+c_0^2+y^2)-{4\mathrm{gz}}^2{\mathrm{gc}}_0^2}}{2}}$

c＝c₀            (2)

$b=\sqrt{a^2-c^2}$

其中，c₀为该二次反射装置等价的旋转椭球面面型参数，(y，z)为沿径向的梁架结构11离散化点的坐标，a、b和c为每个环带内的旋转椭球面面型参数。

在一种优选的实施方式中，如图11所示，沿径向的梁架结构11与水平面的夹角为0°。所述的单片反光模块1包括两根沿径向的梁架结构11和安设于两根沿径向的梁架结构11之间的鱼鳞状反射镜阵单元30，所述的两根沿径向的梁架结构11均为直线梁架结构，沿圆弧方向的梁架结构15为折线梁架结构，所述的鱼鳞状反射镜阵单元30由多片固定于所述的两根沿径向的梁架结构11之间的不同倾角的反射镜片单元12组成，该反射镜片单元12为梯形平面反射镜，其接近所述的圆周分布的圆心的一边较短，远离圆心的一边较长。所述的周向和径向离散化均为均匀离散化，所述的反射镜片单元12的下底边14位于同一平面内，所述的每个环带内的曲面2均为旋转双曲面。在该实施方式中，如图10所示，每个环带内的旋转双曲面面型参数公式如下：

$a=\sqrt{\frac{(a_0^2+c_0^2+y^2)-\sqrt{(a_0^2+c_0^2+y^2)-{4\mathrm{ga}}_0^2{\mathrm{gc}}_0^2}}{2}}$

c＝c₀             (3)

$b=\sqrt{c^2-a^2}$

其中，a₀和c₀为该二次反射装置等价的旋转双曲面面型参数，y为径向均匀离散化点的坐标值，a、b和c为每个环带内的旋转双曲面面型参数。得到的菲涅尔反射式太阳能二次反射装置结构图如图11所示。

在另一种优选的实施方式中，沿径向的梁架结构11与水平面的夹角为0°。所述的单片反光模块1包括两根沿径向的梁架结构11和安设于两根沿径向的梁架结构11之间的鱼鳞状反射镜阵单元30，所述的两根沿径向的梁架结构11均为直线梁架结构，沿圆弧方向的梁架结构15为折线梁架结构，所述的鱼鳞状反射镜阵单元30由多片固定于所述的两根沿径向的梁架结构11之间的不同倾角的反射镜片单元12组成，该反射镜片单元12为梯形平面反射镜，其接近所述的圆周分布的圆心的一边较短，远离圆心的一边较长。所述的周向和径向离散化均为均匀离散化，所述的反射镜片单元12的下底边14位于同一平面内，所述的每个环带内的曲面2均为旋转椭球面。在该实施方式中，每个环带内的旋转椭球面面型参数公式如下：

$a=\sqrt{\frac{(a_0^2+c_0^2+y^2)-\sqrt{(a_0^2+c_0^2+y^2)-{4\mathrm{ga}}_0^2{\mathrm{gc}}_0^2}}{2}}$

c＝c₀                (4)

$b=\sqrt{a^2-c^2}$

其中，a₀和c₀为该二次反射装置等价的旋转椭球面面型参数，y为径向均匀离散化点的坐标值，a、b和c为每个环带内的旋转椭球面面型参数。

本实用新型将菲涅尔反射式装置应用于二次反射系统中，采用该种结构的菲涅尔式太阳能二次反射装置，结构简单、制造成本低，并且有效改善了风抗问题，同时提高了可靠性，未出现镜片单元间的阴影遮挡问题。

综上，本实用新型的菲涅尔式太阳能二次反射装置设计独特，结构简单，制造成本低，并且有效改善了风抗问题，同时提高了可靠性，未出现镜片单元间的阴影遮挡问题，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，包括蛛网状刚性结构和二维离散化的鱼鳞状反射镜阵，所述鱼鳞状反射镜阵嵌设在所述蛛网状刚性结构中。

2.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述蛛网状刚性结构由沿圆弧方向的曲线或折线梁架结构和沿径向的直线、曲线或折线梁架结构交错而成，所述鱼鳞状反射镜阵嵌设在所述的沿圆弧方向的曲线或折线梁架结构和所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构之间，所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构与水平面的夹角不超过12°。

3.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述二维离散化是指沿圆弧方向离散化和沿直径方向离散化。

4.根据权利要求1所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述鱼鳞状反射镜阵由一系列共焦点但面型参数不同的不连续旋转曲面组成，各所述不连续旋转曲面由离散的鱼鳞状反射镜阵单元拟合而成，所述鱼鳞状反射镜阵具有普通曲面反射镜成像特性，所述鱼鳞状反射镜阵单元具有参差排列的鱼鳞形状。

5.根据权利要求4所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述鱼鳞状反射镜阵单元由若干具有不同倾角的反射镜片单元组成，所述反射镜片单元接近其所在的所述不连续旋转曲面的圆心的一边比远离所述圆心的一边短。

6.根据权利要求5所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述反射镜片单元为梯形平面镜或矩形平面镜。

7.根据权利要求4所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述不连续旋转曲面为旋转双曲面或旋转椭球面。

8.根据权利要求4所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述蛛网状刚性结构由沿圆弧方向的曲线或折线梁架结构和沿径向的直线、曲线或折线梁架结构交错而成，所述鱼鳞状反射镜阵单元分别安装在两根所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构之间，所述的沿径向的直线、曲线或折线梁架结构与水平面的夹角不超过12°。

9.根据权利要求8所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，所述鱼鳞状反射镜阵单元由若干具有不同倾角的反射镜片单元组成，所述反射镜片单元均位于同一曲面或平面上。

10.根据权利要求9所述的菲涅尔式太阳能二次反射装置，其特征在于，通过改变各个所述反射镜片单元的倾角大小来实现所述菲涅尔式太阳能二次反射装置的焦距的变化。

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