[發明專利]基于仿生學原理的多曲面復合太陽能聚光器

無效

• 申請號: 200710062696.0
• 申請日: 2007-01-15
• 公開（公告）號: CN101135500A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 鄭宏飛;何開巖;陶濤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F24J2/12
• 分類號: F24J2/12
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

所屬技術領域

本發明涉及一種能夠利用多種反射或透射曲面組合實現太陽光高密度聚集和傳導的太陽能利用裝置，屬太陽能聚光與太陽能熱利用技術領域。

背景技術

在目前推廣使用的太陽能聚光器中，以單級CPC(復合拋物面聚光器，Compound?ParabolicConcentrator)為主，尤其以二維對稱的槽型CPC為最多。這類裝置最大的優點是無需準確地跟蹤太陽就能達到較好的聚光效果。然而，這類太陽能聚光器只能為用戶提供初步濃縮的太陽光，一般聚光比在10以下。當用戶需要更高能流密度的太陽光時，如用于太陽能綠色照明、聚光儲能等時，這類聚光器一般不能滿足要求，從而限制了此類裝置的推廣應用。因此，為了克服上述缺陷，進一步提高太陽聚光器的聚光比，利用多個CPC疊置組成多級CPC聚光器是很有意義的。但是，簡單疊置CPC組成的多級CPC聚光器極大地減小了裝置的最大聚光角，破壞了單級CPC無需準確跟蹤的優越性。本發明基于仿生學原理，特別是基于喇叭花等特殊花卉的聚光原理，利用多曲面復合的方法，既獲得了多級CPC聚光器的高聚光比，又增加了裝置的最大聚光角，改善了裝置無需準確跟蹤的特性。

發明內容

為克服現有太陽能聚光器聚光比低和聚光能流密度小的缺點，本發明提供了一種新的太陽能聚光裝置。該裝置能將低密度的太陽光經過多級濃縮，從而將低密度的普通太陽光聚集成高密的太陽光，供用戶需要時使用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：仿效特種植物花卉生長時為獲得更多太陽光而逐漸形成的特殊聚光結構，如喇叭花、南瓜花等的結構，利用多曲面組合反射太陽光，實現太陽光的多級濃縮，最終設計出具有高聚光比的太陽能聚光裝置。該裝置可以是三維漏斗狀的(稱為光漏斗)，也可以是二維槽形狀的。本發明有2個或多個復合拋物面聚光器(1)和(3)經偏光器(2)或改型菲涅耳導光透鏡(7)過渡連接組成，各CPC及偏光器(2)的對稱軸可以在同一條直線上，也可以不在同一條直線上；各級CPC的反射面均是由拋物線經過不同的旋轉、平移或截斷而來，因而它們都具有二次曲面的特征；偏光器(2)是一個由小至大逐漸擴大的光通道，它可以由局部拋物線旋轉而成，也可由其它曲線或傾斜直線旋轉而成；第一級CPC與第二級CPC之間，或第二級CPC與第三級CPC之間，可以通過偏光器(2)過渡連接，也可以通過改型菲涅耳導光透鏡(7)過渡連接；各級CPC和偏光器(2)可以是二維對稱的也可以是旋轉對稱的。

各曲面其實是一個復合拋物面，亦稱為CPC，是將普通的拋物線經過特定的旋轉或截斷而得到的。偏光器可以是一段拋物線繞裝置對稱軸旋轉一周得到，也可以由一段其它曲線或直線繞裝置對稱軸旋轉一周得到，進光口小，出光口大，主要用于把與對稱軸成較大夾角的光線反射成與對稱軸成較小夾角的光線。偏光器的功能也可用改型的菲涅耳透鏡代替。連接方式是，第一級CPC的出光口與偏光器的進光口相聯，偏光器的出光口與第二級CPC的進光口相聯，依次類推。

其工作原理是：太陽光進入第一級CPC后，經其表面反射從第一級CPC的出光口輸出，由于此出射光的一部分光線，相對裝置的對稱軸而言已有較大的夾角，不利于第二級CPC的再聚集，有的甚至會通不過第二級CPC，因此利用偏光器或改型菲涅耳透鏡改變光的方向，使之向光軸方向偏轉，以利第二級CPC對太陽光進一步聚集；從第二級CPC的出光口輸出的太陽光線如果還達不到用戶要求，可按上述方法增加第三級CPC，再次對光線進行濃縮，也可利用第三級CPC使太陽光發生偏轉，從而實現太陽光在不同方向出射。

本發明的有益效果是，可以將低能流密度的太陽光能，經過多曲面組合反射，獲得高密度的太陽光，為用戶提供大功率高強度的太陽能量。本發明既實現了多級CPC聚光器的高聚光比，又沒有使CPC的最大聚光角減少太多，只要裝置大致對著太陽的方向就能取得較好的聚光效果，因此不需要特別準確的陽光跟蹤，降低了裝置造價，有利于推廣使用。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1一本發明的連接光路和運行原理圖，其中：

1—第二級CPC(復合拋物面集光器)；2—偏光器；3—第一級CPC；4—入射光線；5—對稱軸。

圖2—用直邊偏光器過渡連接第一級CPC和第二級CPC的實施例圖，其中：6—直邊偏光器。

圖3—用改型菲涅耳透鏡過渡連接第一級CPC和第二級CPC的實施例圖，其中：7—改型的菲涅耳透鏡。

圖4—用一個偏光器和多個CPC組成彎道式聚光器的實施例圖，其中：8—第三級CPC；9—第四級CPC。