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

有效

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• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103941383A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏進家;謝胡凌;高陽
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: 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: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低倍太陽能聚光光伏以及光伏光熱綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及線聚光且對稱布置的平板接收型復(fù)合拋物面聚光器設(shè)計方法，尤其涉及一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

美國學(xué)者Winston根據(jù)最大聚光原理發(fā)明了復(fù)合拋物面聚光器（CPC，Compound?Parabolic?Concentrator），早期用于高能物理試驗中做射線檢測，1974年開始嘗試用于太陽能技術(shù)。CPC是一種根據(jù)邊緣光學(xué)原理設(shè)計的非成像聚光器，這種聚光器的特點是，在CPC接收角范圍內(nèi)，對任意給定的接收角，可得到熱力學(xué)上最大可能的聚光比。平板接收型CPC，由左右對稱的兩片拋物面組成，平板接收體布置在底部，一般用于聚光比10以下。由于CPC的非成像特性，只需做間隙性的跟蹤調(diào)節(jié)甚至是季節(jié)性的跟蹤調(diào)節(jié)，無需連續(xù)跟蹤或精確跟蹤。當(dāng)聚光比在3以下時，可以固定布置，無需跟蹤調(diào)節(jié)。另外，CPC不但能夠接收直接太陽輻射，還能很好的接收散射輻射。

將CPC應(yīng)用于低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用領(lǐng)域，可以很好利用以上指出的CPC優(yōu)勢，然而，隨著CPC聚光比的增加，CPC的高度也將顯著增加，這將導(dǎo)致CPC經(jīng)濟性顯著下降，增加CPC安裝難度，因此，根據(jù)CPC的特點，對其進行截取，常規(guī)截取CPC采用截取比在2/3～1/2之間，認(rèn)為是理想的，此設(shè)計方法雖然考慮到了CPC經(jīng)濟性，卻還是犧牲了CPC的聚光比，且聚光后的光強均勻度無法得到保證，導(dǎo)致無法較好的應(yīng)用于低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用領(lǐng)域。綜上，在低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用領(lǐng)域中采用CPC，有必要對CPC的設(shè)計方法進行改進，使其在保證相同聚光比下，按照本發(fā)明方法設(shè)計的CPC既能獲得更好的經(jīng)濟性，又能提升聚光后的光強均勻度，最終能夠很好的適用于低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器（CPC）的設(shè)計方法，通過該設(shè)計方法，既能保證CPC的高度大大降低，又能提升CPC聚光后的光強均勻度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

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，CPC由以Y軸對稱的拋物線組成，其中，F(xiàn)為拋物線的焦點，F(xiàn)'為拋物線的頂點，為拋物線的焦距，點B、點F在X軸上，點C、點C₁在X軸上方；BF₁為光線NB經(jīng)拋物線上B點反射后的光線，點B₁、點F₁位于X軸下方，且對稱設(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G與點I分別為拋物線延長后的端點，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點反射，反射光線經(jīng)過B點然后與最佳均勻面B₁F₁交于A₁點，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。

所述C點坐標(biāo)(x_C,y_C)的參數(shù)表達(dá)式為：