CN203464513U - 带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器 - Google Patents

带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器 Download PDF

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裴刚
李桂强
苏跃红
季杰
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Abstract

本实用新型涉及带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器。该聚光器包括整体呈U型的复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器包括横截面呈U的框架，两块复合抛物面反射镜对称位于框架内两侧；两块复合抛物面反射镜之间设有横截面呈U的透镜；透镜侧壁的内侧曲面和外侧曲面之间的厚度由上至下逐渐增厚，透镜两侧的外侧曲面分别与两侧的复合抛物面反射镜相吻合，所述外侧曲面和对应的复合抛物面反射镜之间设有空隙，形成空气夹层。较普通的复合抛物面聚光器而言，本实用新型增大了接收角，可以吸收更大范围内的太阳直射光和散射光；同时，本实用新型可以保证更高的聚光比，从而聚光效果更加明显。

Description

带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器
技术领域
本实用新型属于太阳能利用技术领域，具体涉及曲面镜面和透镜复合聚光下的深槽抛物面型太阳能聚光器。
背景技术
首先，现有的复合抛物面聚光器以槽式镜面聚光器为主，即反射面为复合抛物面，整体呈U型。通过镜面反射，可将接收角范围内的直射光按理想聚光比收集到聚光器底部，而接收角范围以外的直射光会经过镜面反射从聚光器槽口反射出聚光器。复合抛物面聚光器的几何聚光比在数值上等于最大接收半角正弦的倒数。所以，几何聚光比越大，对应的接收角的数值就越小。尤其是聚光比比较大的时候，往往需要匹配太阳能跟踪系统，从而增加了系统的初投入；相反，如果接收角比较大，虽然不需要太阳能跟踪设备，但是却降低了聚光比，从而减弱了聚光效应。其次，透镜折射聚光也是太阳能聚光领域内比较常见的聚光方式。由于透镜材料折射率大于1，所以光线在经历透镜时会发生折射现象，从而达到聚光的目的。同时，当光线从光密物质入射到光疏物质时，如果入射角大于临界角，则光线在光密物质中发生全反射作用，即光线不会射入光疏物质。充分利用全反射作用可以避免镜面反射损失，从而提高光学效率。再次，对于非成像聚光的复合抛物面聚光器而言，聚焦产生的光强分布往往不均匀。尤其是与光伏相结合的时候，不均匀的光强会导致电池的局部温度上升，从而影响电池的光电效率和使用寿命，尤其是在高倍聚光光伏系统中，这一缺点更为显著。
实用新型内容
为了改进聚光器中聚光比制约接收角，导致跟踪成本上升或者聚光器可固定安装但聚光比较小的状况，以及进一步优化聚光后聚光器底部光强分布不均匀的问题，本实用新型提供了一种带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器。
带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器，包括整体呈U型的复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器包括横截面呈U的框架，两块复合抛物面反射镜对称位于框架内两侧，所述两块复合抛物面反射镜之间设有横截面呈U的透镜；透镜侧壁的内侧曲面和外侧曲面之间的厚度由上至下逐渐增厚，透镜两侧的外侧曲面分别与两侧的复合抛物面反射镜相吻合，所述外侧曲面和对应的复合抛物面反射镜之间设有空隙，形成空气夹层。
以外侧曲面的顶点为定点，将外侧曲面以定点为中心顺时针旋转3～5度角即得内侧曲面。
所述透镜的底面为平面，且与框架的底面接触。
所述空气夹层的厚度小于1mm。
本实用新型与现有技术相比的有益技术效果体现在以下方面：
1.采用一种复合抛物面反射镜与透镜相结合的方式，较普通的复合抛物面聚光器而言增大了接收角，以4倍几何聚光比的聚光器为例，普通的复合抛物面聚光器的接收角为29°，而本实用新型带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器的接收角在56°左右，可以吸收更大范围内的太阳直射光和散射光；
2.对于固定安装的聚光器而言，本实用新型可以保证更高的几何聚光比。例如固定安装的接收角为70°的普通复合抛物面聚光器，其对应的几何聚光比为1.7左右，而相同接收角对应的带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器其几何聚光比可以达到2.5左右，从而聚光效果更加明显；
3.采用复合聚光的方式，可以大大改进聚光器的光照强度分布，从而进一步提高聚光光强的均匀性；
4.本实用新型复合抛物面反射镜与透镜之间保持一定的空隙，充分地利用了光线的全反射作用，与一般的镜面反射相比进一步降低了反射损失，提高了聚光器整体的光学效率，其结果可以平均提高10%以上。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型透镜结构示意图。
图3 为A部分放大示意图。
图4为本实用新型工作原理图。
上图中序号：复合抛物面反射镜1、透镜2、框架3、内侧曲面4、底面5、外侧曲面6、空气夹层7。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地描述。
实施例1
参见图1，带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器包括整体呈U型的复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器包括横截面呈U的框架3，两块复合抛物面反射镜1分别对称位于框架3内两侧；两块复合抛物面反射镜1之间安装有横截面呈U的透镜2。参见图2，以外侧曲面6的顶点为定点，将外侧曲面6以定点为中心顺时针旋转3度角即得内侧曲面4。透镜2两侧侧壁的内侧曲面4和外侧曲面6之间的厚度均由上至下逐渐增厚，透镜2两侧侧壁的外侧曲面6分别与两侧的复合抛物面反射镜1相吻合，且外侧曲面6和对应的复合抛物面反射镜之间留有间隙，形成空气夹层7，空气夹层7的厚度为0.8mm，见图3；透镜2的底面为平面，且与框架3的底面接触。
如图4所示，接收角范围内的太阳光经过透镜2的内侧曲面4发生折射，经过透镜2的外侧曲面6，一部分发生全反射，反射回透镜2；一部分穿过外侧曲面6，通过空气夹层7到达复合抛物面反射镜1发生镜面反射，再一次回到透镜2中，如此反复，最终到达聚光器的底面5。
本实用新型采用复合抛物面镜面反射和透镜折射相结合的复合聚光方式，扩大了聚光器的接收角，例如4倍几何聚光比时，其接收角为56°左右，远远大于普通复合抛物面聚光器的接收角29°。充分利用透镜的全反射作用提高了光学效率，基本可以提高10%以上，同时，利用透镜作用进一步改进了聚光器底部的光强分布，改进了聚光器的聚光光强性能。光线一部分发生全反射，一部分发生镜面反射，最终到达聚光器底部。
实施例2
以外侧曲面6的顶点为定点，将外侧曲面6以定点为中心顺时针旋转5度角即得内侧曲面4。空气夹层7的厚度为0.5mm。
其它同实施例1。

Claims (4)

1.带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器，包括整体呈U型的复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器包括横截面呈U的框架，两块复合抛物面反射镜对称位于框架内两侧，其特征在于：所述两块复合抛物面反射镜之间设有横截面呈U的透镜；透镜侧壁的内侧曲面和外侧曲面之间的厚度由上至下逐渐增厚，透镜两侧的外侧曲面分别与两侧的复合抛物面反射镜相吻合，所述外侧曲面和对应的复合抛物面反射镜之间设有空隙，形成空气夹层。
2.根据权利要求1所述的带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器，其特征在于：以外侧曲面的顶点为定点，将外侧曲面以定点为中心顺时针旋转3～5度角即得内侧曲面。
3.根据权利要求1或2所述的带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器，其特征在于：所述透镜的底面为平面，且与框架的底面接触。
4.根据权利要求1或2所述的带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器，其特征在于：所述空气夹层的厚度小于1mm。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103438587A (zh) * 2013-09-09 2013-12-11 中国科学技术大学 带有空气夹层的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器
CN105546841A (zh) * 2016-02-18 2016-05-04 李俊娇 一种气垫型蝶式太阳能聚光装置
CN106526822A (zh) * 2016-11-02 2017-03-22 中国科学技术大学 用于建筑南墙的太阳能内壁透镜式复合抛物面聚光器

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