[發明專利]無均光棒的反射太陽能聚光器

有效

• 申請號: 201210277843.7
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102768400A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 吳松江
• 申請（專利權）人: 吳松江
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B5/10;G02B7/182;H02N6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種太陽能光伏裝置中的聚光部件，特別是涉及一種無均光棒的反射的低成本、高效率的太陽能聚光器。

背景技術

高效率地利用太陽能進行光伏發電是解決世界能源問題的大課題，由于太陽能是一種低密度的能量，進行高倍聚光是提高太陽能品質因素的方法之一。用于光伏發電的太陽能聚光器一般必須將光電器件置于下方，以接受來自上空的太陽能光線。上述聚光器的一般的結構是：一次聚光器(一般使用旋轉拋物面或拋物柱面)置于下方，二次反射器再將反射到上方的光線反射到下方用于安裝光電器件的聚光面上。由于所討論的聚光器一般具有軸對稱性，我們可以在二維平面中討論這些設計。使用傳統光學即使用旋轉拋物面的設計方法如下：

如圖1所示，二次反射鏡2的面積大于聚光面8，一次反射鏡1的旋轉拋物面與二次反射鏡2的旋轉拋物面不同焦(6與7)，二次反射鏡的焦點7在一次反射鏡焦點6的上方，這樣的設計，可采用二維平面圖示。

在圖1的設計中，由于二次反射鏡2本身對直射太陽光3的阻擋，二次反射的光斑會在聚光面上留下盲區，這樣的設計一般用于高倍聚光，但存在一個很大的設計缺陷，為了減少盲區，在許多設計中，在二次反射鏡與聚光面之間添加了一個均光棒，這不但增加了成本，也更增加了光耗，另外，嚴格講來，盲區還是不能被徹底消除。

使用傳統光學所描述的旋轉拋物面作為反射鏡，不管如何改變反射面的尺寸，改變焦距或焦點位置，都不能夠使二次反射鏡反射后的光照以無盲區的完整均勻的方式覆蓋在聚光面上，這樣的光斑分布對于光伏發電是不利的，因為我們知道，非均勻的光照會使光伏電池的充滿因子相應降低，電流阻抗增大，從而大大降低發電效率。

本發明旨在提供一種無均光棒的反射太陽能聚光器，克服了傳統光學所描述的光學曲面的缺點，使反射光線能夠以無盲區的完整均勻的方式覆蓋在聚光面上，從而提高了聚光光伏器件的發電功率。

發明內容

本發明公開了一種無均光棒的反射聚光器，在具有二次反射鏡的太陽能聚光器中，使用焦點不在中心軸上的一次反射鏡，克服了傳統的具有二次反射鏡的太陽能聚光器會在聚光面上產生盲區的新的光學器件。此聚光器可用于高倍的太陽能聚光，無需均光棒，具有無盲區、光照均勻、成本低，發電效率高的優點。

本發明提供了一種無均光棒的反射式聚光器，包括中央開孔的一次反射鏡，安裝于該孔的光電器件形成一聚光面；用于反射一次反射鏡的反射光線的二次反射鏡，該聚光器具有一中心對稱軸，所述一次反射鏡是由一焦點不在中心軸上的拋物線段AB與其相對中心軸的對稱線段一起繞中心軸旋轉而成的旋轉拋物面或一起沿垂直于該線段平面的軸延伸而成的拋物柱面，二次反射鏡是由起點C在中心軸上的線段CD與其相對中心軸的對稱線段一起繞中心軸旋轉而成的旋轉面或一起沿垂直于該線段平面的軸延伸而成的柱面；一次反射鏡的中央開孔在二維平面內形成聚光線段AA′，聚光線段AA′的一個端點與拋物線段AB的一個端點A重合，聚光線段AA′的另一個端點A′為A點相對于中心軸的對稱點，平行入射于一次反射鏡的光線經過一次反射鏡和二次反射鏡后無盲區的均勻照射在聚光面上。

進一步的方案可以為第一種結構：設拋物線段A?B的焦點F與拋物線段A

B落于中心軸同側，二次反射線段CD與拋物線段AB落于中心軸兩側。

無盲區的均勻照射在聚光面上的第一種設計方式為：自一次反射拋物線段AB的A點反射的一次反射線經過二次反射線段C點反射到聚光線段AA′的A端點，即原路返回到A點，自拋物線段的B端點反射的一次反射線經過二次反射線段的D端點反射到聚光線段AA′的端點A′點。

第二種設計方式為：自一次反射拋物線段AB的A端點反射的一次反射線經過二次反射線段C點反射到聚光線段AA′的中點O點，自拋物線段的B端點反射的一次反射線經過二次反射線段的D端點反射到聚光線段AA′的A′端點。

第二種結構為：拋物線段A?B的焦點F與拋物線段A?B落于中心軸兩側，二次反射線段CD與拋物線段AB落于中心軸同側。

進一步第三種設計方式為：自一次反射拋物線段AB的A點反射的一次反射線經過二次反射線段C端點反射到聚光線段AA′的A端點，即原路返回到A點，自拋物線段的B端點反射的一次反射線經過二次反射線段的D端點反射到聚光線段AA′的中點O點。

二維平面圖中，以中心軸為Y軸，聚光線段AA′為X軸，兩者交點O為原點，第一種結構中拋物線段AB可由下式表示：