[發(fā)明專利]一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410160640.9
• 申請(qǐng)日: 2014-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN103941383A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏進(jìn)家;謝胡凌;高陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B19/00
• 分類號(hào): G02B19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

1.一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）在平板接收型復(fù)合拋物面聚光器CPC的橫切面建立xoy坐標(biāo)系，設(shè)CPC的橫切面由拋物線組成，其中，F(xiàn)為拋物線的焦點(diǎn)，F(xiàn)'為拋物線的頂點(diǎn)，為拋物線的焦距，點(diǎn)B、點(diǎn)F在X軸上，點(diǎn)C、點(diǎn)C₁在X軸上方；BF₁為光線NB經(jīng)拋物線上B點(diǎn)反射后的光線，點(diǎn)B₁、點(diǎn)F₁位于X軸下方，且對(duì)稱設(shè)置于Y軸兩側(cè)，B₁F₁為CPC的最佳均勻面，此處安裝平板接收體或者光伏電池；點(diǎn)G與點(diǎn)I分別為拋物線延長(zhǎng)后的端點(diǎn)，直線IB與Y軸的夾角θ為CPC的采光半角，H₁為CPC的高度，為CPC入射光孔的寬度，為CPC出射光孔的寬度，C_G為CPC幾何聚光比；CPC出射光孔寬度與幾何聚光比C_G為已確定值，其中，

2）將光線MC平行于Y軸射向拋物線經(jīng)拋物線的C點(diǎn)反射，反射光線經(jīng)過B點(diǎn)然后與最佳均勻面B₁F₁交于A₁點(diǎn)，光路M-C-B-A₁為發(fā)生二次反射導(dǎo)致破壞CPC最佳均勻面B₁F₁上光強(qiáng)均勻度的分界線，根據(jù)反射定律，有幾何關(guān)系式∠A₁CF≡θ；BF₁為光線NB經(jīng)拋物線B點(diǎn)反射后的光線，根據(jù)反射定律，有幾何關(guān)系式∠F₁BF=θ；

3）根據(jù)CPC出射光孔寬度CPC幾何聚光比C_G、幾何關(guān)系式∠A₁CF≡θ以及幾何關(guān)系式∠F₁BF=θ，計(jì)算出CPC高度H₁、拋物線的焦距采光半角θ以及CPC最佳均勻面B₁F₁與出射光孔BF之間的距離最終確定CPC的結(jié)構(gòu)尺寸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述C點(diǎn)坐標(biāo)(x_C,y_C)的參數(shù)表達(dá)式為：

xC=(4FF′‾tC2-FF′‾)sinθ-4FF′‾tCcosθ+FF′‾1+sinθyC=(4FF′‾tC2-FF′‾)cosθ+4FF′‾tCsinθ---(1)]]>

其中，為拋物線的焦距，θ為CPC采光半角，x_C、y_C為C點(diǎn)的坐標(biāo)值，t_C為C點(diǎn)于參數(shù)方程中的參數(shù)值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟為：

a、由于∠A₁CF≡θ，根據(jù)直線夾角θ與直線斜率的關(guān)系，建立等式：

xC2+yC2-2FF′‾tanθ(1+sinθ)yC=(FF′‾1+sinθ)2---(2)]]>

b、將（1）、（2）式合并，得出關(guān)系式：

16(sin²θ+sinθ)t_c⁴+8(3sin²θ+sinθ-1)t_c²+(-16sinθcosθ)t_c+(-3sin²θ+sinθ+2)=0…（3）

c、根據(jù)CPC幾何聚光比在xoy坐標(biāo)系內(nèi)，將此等式帶入（1）式中的x_C等式，可得關(guān)系式：

(4FF′‾tC2-FF′‾)sinθ-4FF′‾tCcosθFF′‾1+sinθ=-12C·BF‾---(4)]]>

d、根據(jù)拋物線上B點(diǎn)至焦點(diǎn)F的距離計(jì)算式，獲得拋物線的焦距采光半角θ與出射光孔寬度的關(guān)系式：

2FF′‾1+sinθ=BF‾---(5)]]>

e、CPC最佳均勻面B₁F₁與出射光孔BF之間的距離關(guān)系式：

FF1‾tanθ=BF‾---(6)]]>

f、CPC高度H₁即為C點(diǎn)y軸值y_C，根據(jù)（1）式有如下關(guān)系式：

(4FF′‾tC2-FF′‾)cosθ+4FF′‾tCsinθ-H1=0---(7)]]>

g、聯(lián)立（3）、（4）、（5）、（6）、（7）關(guān)系式，形成方程組，

16(sin2θ+sinθ)tc4+8(3sin2θ+sinθ-1)tc2+(-16sinθcosθ)tc+(-3sin2θ+sinθ+2)=0(4FF′‾tC2-FF′‾)sinθ-4FF′‾tCcosθ+FF′‾1+sinθ=-12C·BF‾2FF′‾1+sinθ=BF‾FF1‾tanθ=BF‾(4FF′‾tC2-FF′‾)cosθ+4FF′‾tCsinθ-H1=0]]>

求解方程組，當(dāng)結(jié)果滿足0<θ<90，x_C<0且y_C>0，此時(shí)θ、H₁、以及為所求值，CPC結(jié)構(gòu)尺寸確定。