[實用新型]太陽能軸對稱平行光超薄聚光器

有效

• 申請號: 201220167849.4
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN202502291U
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 張德勝;屈瑞
• 申請（專利權）人: 張德勝
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B7/182;G02B7/02;G02B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及太陽能利用技術領域，特別是涉及一種對太陽光進行聚光的光學裝置。

背景技術

太陽能是一種清潔無污染的可再生能源，取之不盡，用之不竭，充分開發利用太陽能不僅可以節約日益枯竭的常規能源，緩解嚴峻的資源短缺問題，而且還可以減少污染，保護人類賴以生存的生態環境。

在眾多的太陽能利用技術中，最為常見的有太陽能光伏發電、太陽能熱發電、太陽能熱水器等。目前，在太陽能光伏發電中，絕大多數采用的是硅電池片的光伏發電技術，而硅電池片只將到達地面的太陽能的15%左右的能量轉換為電能，太陽能的利用效率總體還是比較低的。

太陽能光熱發電技術中，主要是先對太陽光進行聚光，達到中高溫后，再利用其熱量進行發電。包括太陽能光伏發電技術在內，目前的聚光技術主要有反射式聚光和透射式聚光兩類。反射式聚光主要有塔式、碟式、槽式、和線性菲涅爾四種形式。透射式聚光主要采用普通的圓弧面透鏡和菲涅爾透鏡兩種形式。而太陽能是一種能量密度比較低的資源，因此要求無論是反射式聚光還是透射式聚光，都要求將采光面積設置的比較大。而普通的圓弧面透鏡要做得比較大時，其工藝成本就會直線上升，尤其是重量太大，一般只在天文望遠鏡等特殊場合使用。

菲涅爾透鏡的面積做得比較大時，也存在加工工藝難、成本過高的問題。菲涅爾透鏡還具有較大的光學損失，包括反射損失、吸收損失、工藝性損失以及結構損失，其中工藝性損失是由于透鏡成型對理想透鏡輪廓進行修改而導致部分光線發散引起的光學損失,比如脫模錐度、圓角等。結構損失是由于菲涅爾透鏡采用棱鏡元組成的不連續曲面取代一般透鏡的連續球面而導致部分光線發散引起的光學損失。例如，對于平面朝外的菲涅爾透鏡，由于楞高會遮擋部分折射光線，使得從第二楞開始就出現部分透射光發散。對于平面朝內的菲涅爾透鏡，當透鏡焦距小于某臨界值時，出射界面上入射角大于其全反射角，使透射光不能到達設定的焦斑范圍內而損失。同時，菲涅爾透鏡的焦徑比通常控制在0.8—1.4之間，在透鏡與聚光點之間有較大空間，從而加大了支架或框架的尺寸，從而使成本升高。

槽式熱發電是最早實現商業化的太陽能熱發電系統。它采用大面積的槽式拋物面反射鏡將太陽光聚焦反射到集熱真空管上。通過管內熱載體將水加熱成蒸汽，同時在熱轉換設備中產生高壓、過熱蒸汽，然后送入常規的蒸氣渦輪發電機內進行發電。但是采用槽式發電對太陽能進行聚光時，集熱真空管會在拋物反射面上形成遮擋陰影，使集熱真空管上有一部分不能接受到聚光輻射。集熱真空管背朝拋物聚光器的一面，還會將一部分能量輻射出去。由于集熱真空管管路很長，使能量損失較大，使內部導熱油傳熱工質的運行溫度只能達到400?°C左右，只能停留在中溫階段，從而限制了太陽能槽式熱發電的效率。

發明內容

為了克服上述圓弧面透鏡、菲涅爾透鏡以及槽式拋物面反射鏡等聚光器存在的缺點和不足，本實用新型提供一種太陽能軸對稱平行光超薄聚光器，能夠將表面入射太陽光全部轉化為聚光光線而不存在遮擋和陰影，沒有像菲涅爾透鏡折射楞圓角產生的工藝性損失，聚光輻射接受處與太陽光入射接受面之間的距離更小，加工難度降低，聚光輻射功率高，有利于形成更高的聚光溫度。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

本實用新型提供一種太陽能軸對稱平行光超薄聚光器，由環形會聚透鏡板、環形發散透鏡板、第一反射體、第i反射體、第p反射體、框架組成，并通過框架固定安裝為一體，有共同的對稱軸；第一反射體、第i反射體、第p反射體嵌套安裝在環形發散透鏡板出射光線的一側,其中，1<i<p?,i、p均為正整數；

環形會聚透鏡板和環形發散透鏡板為透光材料，如透光玻璃、透光塑料等；環形會聚透鏡板朝向太陽入射光線的一側為平面，以方便清潔，防止積存灰塵；出射一側設置n個環形會聚透鏡，其中n為正整數；環形發散透鏡板上設置n個與環形會聚透鏡相對應的環形發散透鏡；對稱軸與環形會聚透鏡板上表面垂直，與環形會聚透鏡的延伸方向平行。

第一反射體上有輸出反射錐面，第i反射體上有輸出反射錐面和法向反射錐面，第p反射體上有法向反射錐面和聚光輸出口；所有輸出反射錐面、法向反射錐面與通過對稱軸的剖面的交線與對稱軸間的夾角均為∠45°，并通過對稱軸共軸對稱。