[發明專利]漏斗狀光能流密度倍增器

無效

• 申請號: 201410070028.2
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103792650A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 張宗權;黃育紅;楊宗立
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06;G02B5/10
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于太陽能聚光器技術領域，具體涉及一種漏斗狀光能流密度倍增器。

背景技術

在太陽能的利用中，受目前各種能量轉換器件（太陽能電池、熱水器等）轉換效率的限制，使太陽能的利用效率難以達到理想要求，因此聚光器的使用成了提高各種太陽能轉換與利用裝置工作效率的有效手段。目前已有多種類型的太陽能聚光器，除傳統的球面聚光透鏡聚光器和菲涅爾聚光透鏡聚光器外，近年來出現了多種光漏斗式聚光器，其中使用較多的聚光器的聚光面是多個平板狀反光板合圍構成的倒棱臺狀，如中國發明專利“使同光漏斗實現數倍聚光的太陽能光伏電池發電裝置（CN1780136B）”中的圖3所示的光漏斗，這種光漏斗雖然可以將一定范圍的太陽光聚集到設置在底部的太陽能電池上，但其光漏斗進光口的大小與太陽能電池的面積比（決定了聚光倍數）受到其圖3中φ角的制約，因此聚光倍數無法達到更高。還有一種聚光器是利用復合旋轉拋物面的內表面反射聚光，如中國發明專利“光漏斗聚光光伏發電及風力發電復合裝置（CN101630856B）”中的光漏斗，但眾所周知，旋轉拋物面可以將光能高效地聚集于拋物面合圍的空間內一點，并不能在其光漏斗下端的出光口射出光能集中且發散角較小的光，如其圖3所示。因此復合拋物面聚光器適合于太陽能的熱聚集，并不適合用于光聚集。同時由于旋轉拋物面的結構特征決定，其進光口與出光口的面積比（決定了聚光倍數）無法達到很大，因此其用于太陽能電池的聚光效率仍然較低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、制造容易、產品成本低、聚光效果好的漏斗狀光能流密度倍增器。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：它的側壁內表面的幾何形狀為雙曲旋轉曲面。

本發明的雙曲旋轉曲面是以直角坐標系中雙曲線方程

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為母線，以y軸為中心軸，旋轉形成的旋轉雙曲面，方程（1）以漏斗式光能流密度倍增器光出射端口的內徑及其延長線為x軸，中心線為y軸，x為漏斗式光能流密度倍增器的半徑變量，d/2≤︱x︱≤D/2，y為與半徑變量x所對應的漏斗式光能流密度倍增器的高度，y≥0，n為1～2，光出射端口內徑d為10～50cm，光的入射端口的內徑D為5～15d。

由于本發明側壁內表面的幾何形狀采用雙曲旋轉曲面，垂直入射于光入射端口所在平面的光線中，以中心線為中心軸、光出射端口為截面范圍內的光線沿中心線直行，由光的出射端口射出，其它入射到側壁雙曲面反射膜上的光線發生反射，反射光又作為下一個反射點的入射光入射到更靠近光的出射端口的側壁雙曲面上，光線以折線形式傳輸到光出射端口射出。由于從光入射端口到光出射端口間雙曲反光面的法線與中心線的夾角逐漸增大到90°，同一束光在折線傳輸過程中的反射角逐次加大，所有反射光的方向在光的出射端口趨于一致，以小發散角由光出射端口射出，實現了光的聚集。本發明與現有的光漏斗相比，具有結構簡單、成型容易、體積小、成本低、使用方便、聚光效率高等優點，可用于太陽能聚光，也可用于其它光源聚光。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限于這些實施例。

實施例1

以光出射端口內徑d為30cm、入射端口內徑D等于10d為例，漏斗狀光能流密度倍增器的結構如下：

在圖1中，本實施例的漏斗狀光能流密度倍增器的幾何形狀是漏斗形，光出射端口內徑d為30cm、光入射端口內徑D等于10d，側壁內表面的幾何形狀為雙曲旋轉曲面，雙曲旋轉曲面是以直角坐標系中雙曲線方程