CN203606561U - 一种焦点固定式非球面太阳聚光器 - Google Patents

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姚志豪
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Abstract

本实用新型涉及一种焦点固定式非球面太阳聚光器，包括球面反射镜、桁架、驱动器、支架以及控制箱；其中，球面反射镜安装在桁架上，球面反射镜拼接成一整体非球面的聚光镜面，球面反射镜的顶点位于整体非球面聚光镜面内，使球面反射镜顶点的法线方向与整体非球面的聚光镜面在该点法线方向上一致；桁架与驱动器固联，驱动器安装在支架上，在控制箱的控制下，驱动器驱动桁架并带动整个聚光镜面做旋转和俯仰运动。

Description

一种焦点固定式非球面太阳聚光器
技术领域
本实用新型涉及太阳能热利用领域，特别涉及一种焦点固定式非球面太阳聚光器。
背景技术
太阳能热发电（CSP）及中高温热利用是太阳能利用的重要方面，其基本过程为：利用太阳聚光器跟踪太阳并将太阳辐射会聚至吸热装置，从而获得高温热能，再利用热能进行常规热发电或其它中高温利用。因此，太阳聚光器是太阳能热发电及太阳能中高温利用系统的关键元件，其光学效率和聚光比决定了太阳能的利用效率和系统能够达到的最高温度。
太阳聚光器按焦点是否随聚光器移动可分为焦点固定式和随动式两种，焦点固定式聚光器主要有塔式聚光器和线性菲涅耳聚光器，焦点随动式聚光器主要有抛物槽式聚光器、抛物碟式聚光器以及多碟式聚光器，本申请主要涉及塔式聚光器（也被称为定日镜）。
目前，用于塔式聚光系统的聚光器面形通常有两种类型：整体平面镜或由小反射镜拼接而成的近似球面镜。整体平面镜不具备聚光能力，其聚光效率和聚光比均较低。由小反射镜拼接而成的近似球面镜具有一定聚光能力，但受球面象散影响，在全年工作时间内其光斑尺寸变化较大，不利于吸热器接收。另外，受加工工艺和成本限制，目前小反射镜多采用平面玻璃反射镜，由其拼接而成的聚光器聚光比较低；为了提高聚光比，需要减小反射镜尺寸，但这又会加剧缝隙损失，降低聚光效率。
为了提高聚光比，现有技术中也有通过外力使平面玻璃反射镜变形为曲面反射镜的方法。将曲面反射镜拼接而成的聚光器在聚光比有所提高，但平面玻璃反射镜在外力作用下，反射表面存在起伏，面形精度很差，会造成严重的散射损失，且玻璃反射镜的破碎率较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的太阳聚光器在聚光比、光学效率与加工成本上无法同时满足的缺陷，从而提供一种在现有的加工工艺与加工成本的基础上，能够有效提高聚光比和光学效率大颗粒太阳聚光器。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种焦点固定式非球面太阳聚光器，包括球面反射镜2、桁架3、驱动器4、支架5以及控制箱6；其中，
所述球面反射镜2安装在所述桁架3上，所述球面反射镜2拼接成一整体非球面的聚光镜面1，所述球面反射镜2的顶点位于所述整体非球面聚光镜面1内，使所述球面反射镜2顶点的法线方向与所述整体非球面的聚光镜面1在该点法线方向上一致；所述桁架3与所述驱动器4固联，所述驱动器4安装在所述支架5上，在所述控制箱6的控制下，所述驱动器4驱动所述桁架3并带动整个聚光镜面1做旋转和俯仰运动。
上述技术方案中，所述球面反射镜2包括球面白玻璃8、反射膜10以及保护膜11。
上述技术方案中，所述球面反射镜2的数量多于三个。
上述技术方案中，所述球面反射镜2的形状为矩形或正六边形或圆形，其顶点曲率半径为整个焦点固定式非球面太阳聚光器焦距的2倍。
上述技术方案中，所述聚光镜面1的镜面轮廓成矩形或圆形。
上述技术方案中，所述球面反射镜2安装在所述桁架3上包括：通过专用粘结剂将镜托12与所述球面反射镜2粘结，然后将所述镜托12安装在所述桁架3上。
上述技术方案中，所述桁架3通过弯头14安装在所述驱动器4上；其中，所述支架5的上端面13与弯头14的下端面重合并固联，所述弯头14的上端面15与所述驱动器4固联，上端面15的法线方向与所述驱动器4目标轴的旋转中心线16一致。
本实用新型的优点在于：
1、本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器在全年运行过程中的光斑尺寸变化较平面或球面聚光器大大减小，这有利于吸热器对光斑的接收，从而有效提高聚光器的光学效率和聚光比。
2、本实用新型采用聚光面形为非球面的太阳聚光器，解决了球面聚光器在大角度入射条件下光斑尺寸大的难题，有效提高了焦点固定式太阳聚光器的年光学效率和聚光比；非球面聚光面采用小尺寸球面反射镜拼接而成，在满足非球面聚光性能的前提下，降低了非球面聚光器的加工难度和制造成本。
附图说明
图1为本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器整体结构图；
图2为球面反射镜的示意图；
图3a、3b为本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器中聚光面的不同拼接轮廓示意图；
图4为球面反射镜与桁架的联结示意图；
图5为本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器与现有技术中的球面聚光器光斑面积随入射角的变化比较图。
图面说明
1  聚光镜面                  2  球面反射镜           3  桁架
4  驱动器                    5  支架                 6  控制箱
8  球面白玻璃                10 反射膜               11  保护膜
12 镜托                      13 支架5的上端面        14  弯头
15 弯头14的上端面            16 驱动器4目标轴的旋转中心线
17 焦点固定式非球面太阳聚光器在全年工作时间内光斑面积随入射角的变化曲线
18 球面聚光器在全年工作时间内光斑面积随入射角的变化曲线
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图1所示，本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器包括：球面反射镜2、桁架3、驱动器4、支架5以及控制箱6；其中，所述球面反射镜2安装在桁架3上，所有的球面反射镜2拼接成一整体非球面的聚光镜面1，所述球面反射镜2的顶点位于整体非球面聚光镜面1内，使所述球面反射镜2顶点的法线方向与整体非球面的聚光镜面1在该点法线方向上一致；所述桁架3与所述驱动器4固联，所述驱动器4安装在所述支架5上，在所述控制箱6的控制下，所述驱动器4驱动桁架3并带动整个聚光镜面1做旋转和俯仰运动。
下面对该聚光器中的各个部件做进一步的说明。
如图2所示，所述球面反射镜2依次包括球面白玻璃8、反射膜10以及保护膜11；所述反射膜10可采用银、铝或铝合金制成，其反射率应达到90％以上。所述球面反射镜2的尺寸小于整体非球面的聚光面镜1的尺寸；球面反射镜2的数量大于或等于4；球面反射镜2的顶点曲率半径等于本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器焦距的2倍。所述球面反射镜2的形状可以是多种，如矩形、正六边形、圆形或其它形状。在本实施例中，所述球面反射镜2为矩形。
所述球面反射镜2拼接而成的聚光镜面1可以有多种镜面轮廓，如图3a所示的矩形轮廓，或如图3b所示的近似圆形轮廓。
所述桁架3使用钢或铝合金材料加工而成，通过焊接和铰接构成一个整体。
所述球面反射镜2安装在桁架3上时，如图4所示，可通过专用粘结剂将镜托12与球面反射镜2粘结，然后将镜托12安装在桁架3上。在安装过程中，球面反射镜2的位置和倾斜角度均可调。
所述驱动器4所需电力可由输电线缆提供，也可在本实用新型的聚光器上另行安装光伏发电装置，由光伏发电装置提供电力。
支架5的上端面13与水平面平行，上面安装有弯头14，支架5的下端与地基固联，支架5可以是塔筒或钢架结构。弯头14的下端面与支架5的上端面13重合并固联，弯头14的上端面15与驱动器4固联，上端面15的法线方向与驱动器4目标轴的旋转中心线16一致。
控制箱6可安装在支架5上，也可安装在其它方便操作的位置。控制箱6与总控制室的通信可采用无线或有线通信。
如图5所示，在同等条件下模拟计算了本实用新型的焦点固定式非球面太阳聚光器与球面聚光器在全年工作时间内光斑面积随入射角的变化曲线，其中，曲线17代表本实用新型焦点固定式非球面太阳聚光器在全年工作时间内光斑面积随入射角的变化，曲线18代表球面聚光器在全年工作时间内光斑面积随入射角的变化，通过比较可以发现，本实用新型焦点固定式非球面太阳聚光器的光斑尺寸在全年内的变化比较均匀，变化量远远小于球面聚光器，这有利于吸热器对光斑的接收，从而提高光学效率和聚光比。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，包括球面反射镜（2）、桁架（3）、驱动器（4）、支架（5）以及控制箱（6）；其中，
所述球面反射镜（2）安装在所述桁架（3）上，所述球面反射镜（2）拼接成一整体非球面的聚光镜面（1），所述球面反射镜（2）的顶点位于所述整体非球面聚光镜面（1）内，使所述球面反射镜（2）顶点的法线方向与所述整体非球面的聚光镜面（1）在该点法线方向上一致；所述桁架（3）与所述驱动器（4）固联，所述驱动器（4）安装在所述支架（5）上，在所述控制箱（6）的控制下，所述驱动器（4）驱动所述桁架（3）并带动整个聚光镜面（1）做旋转和俯仰运动。
2.根据权利要求1所述的焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，所述球面反射镜（2）包括球面白玻璃（8）、反射膜（10）以及保护膜（11）。
3.根据权利要求1所述的焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，所述球面反射镜（2）的数量多于三个。
4.根据权利要求1所述的焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，所述球面反射镜（2）的形状为矩形或正六边形或圆形，其顶点曲率半径为整个焦点固定式非球面太阳聚光器焦距的2倍。
5.根据权利要求1所述的焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，所述聚光镜面（1）的镜面轮廓成矩形或圆形。
6.根据权利要求1所述的焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，所述球面反射镜（2）安装在所述桁架（3）上包括：通过专用粘结剂将镜托（12）与所述球面反射镜（2）粘结，然后将所述镜托（12）安装在所述桁架（3）上。
7.根据权利要求1所述的焦点固定式非球面太阳聚光器，其特征在于，所述桁架（3）通过弯头（14）安装在所述驱动器（4）上；其中，所述支架（5）的上端面（13）与弯头（14）的下端面重合并固联，所述弯头（14）的上端面（15）与所述驱动器（4）固联，上端面（15）的法线方向与所述驱动器（4）目标轴的旋转中心线（16）一致。
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