[發明專利]一種折射-反射-全反射(RXI)自由曲面型太陽能聚光器

在審

• 申請號: 201410165669.6
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103929126A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 王雪嬌;唐柳青;鄭春煌;唐瑋;胡興;余桂英
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22;G02B17/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及一種太陽能聚光器，具體涉及到的是折射-反射-全反射自由曲面型的太陽能聚光器。

背景技術

在能源問題日益突出的今天，太陽能作為一種取之不盡、用之不竭、清潔無污染的綠色能源。有效的開發利用太陽能已成為實現能源可持續發展的重中之重，在太陽能的有效利用當中，太陽能發電技術是近年來發展最快、最具活力的研究領域之一。由于太陽能存在能流密度低、間歇性以及空間分布不均勻，光電轉換率高的光伏電池成本過高等缺點，因此提高太陽能發電系統的效率，降低發電成本仍是目前太陽能應用中面臨的主要問題。

太陽能聚光光伏發電技術利用光學聚光組件提高入射到太陽能電池表面的光能量密度，可以減少系統中昂貴太陽能電池的使用，并可大幅度提高系統整體轉換效率，是降低發電成本提高發電效率的有效途徑。但現有高聚光比的聚光系統的可收集太陽光的角度較小，通常小于±1.5°，且接收面聚光光斑均勻性較低，聚光元件體積較為龐大，曲面加工復雜，使加工難度及成本大幅度增加。目前缺乏一種可實現高效、小體積、高聚光比、大接受角度(大容忍角)、高均勻度的光學聚光組件來提高光伏電池的轉換效率，進而減少太陽能電池的使用，提升材料利用率，在聚光光伏領域取得突破性研究進展是振興光伏產業、實現可持續發展戰略的當務之急。

發明內容

本發明專利為克服現有聚光器聚光效率不高，均勻度低，高聚光比下可收集太陽光的角度小，體積大，成本高，工業化生產難等困難，提出了一種高效、結構小型化、聚光比高、大接受角度(大容忍角)、均勻度高，同時專利中設計的聚光鏡曲面加工簡單，可實現工業化生產的RXI型聚光器。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種折射-反射-全反射(RXI)自由曲面型太陽能聚光器，包RXI型太陽能聚光鏡，太陽能光伏電池片，太陽光。其特征在于：所述的RXI型太陽能聚光鏡是由材料透過率為95％的PMMA材料形成的，并且出射面和入射面都為自由曲面的聚光鏡；所述的太陽能光伏電池片安裝在RXI型太陽能聚光鏡的接收面(AB)上，進行光伏發電，并存儲電能；所述的太陽光的入射角度為5°；為了方便太陽能光伏電池片底部的封裝，所述的太陽能光伏電池片的接收面朝向太陽光。

所述的RXI型太陽能聚光鏡整體為一個旋轉對稱結構，分上下兩個面，上表面和下表面均為自由曲面。上表面中間部分呈下凹狀，下表面為了方便太陽能電池片安裝，底部開有一個小角度的凹槽；RXI型太陽能聚光鏡的口徑為8-55mm，厚度為5mm；RXI型太陽能聚光鏡的下表面鍍有反射率為95％的反射膜，上表面中心處半徑0-96mm以內的部分無法滿足全反射條件，同樣鍍有反射率為95％的反射膜。

本發明具有的有益效果是：

本發明設計的RXI型太陽能聚光器的太陽能光伏電池片的接收面朝向太陽光，使電池底部的封裝更為簡單；RXI型太陽能聚光鏡在高倍聚光比條件下收集的太陽光的角度較大、聚光效率高且均勻性好，提高了光伏電池的轉換效率，進而減少太陽能電池的使用，提升材料利用率；RXI型太陽能聚光鏡設計結構小型化，材料選擇PMMA透明材質價格低廉；RXI型太陽能聚光鏡可通過注塑加工成型，進一步降低成本，可實現工業化生產，應用前景廣。

附圖說明

圖1是本發明RXI型太陽能聚光器的結構示意圖。

圖2是本發明RXI型太陽能聚光器的工作過程示意圖。

圖3是本發明RXI型太陽能聚光鏡的上表面4的初始曲線示意圖。

圖4是本發明RXI型太陽能聚光鏡邊緣點X求解示意圖

圖5是本發明RXI型太陽能聚光鏡下表面曲線上點光路示意圖。

圖6是本發明RXI型太陽能聚光鏡確定下表面曲線點方法示意。

圖中，1：太陽光；2：RXI型太陽能聚光鏡；3：太陽能光伏電池片；4：上表面；5：下表面；6：小角度的凹槽；7：半徑0-96mm圓面；AB：接收面。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：

如圖1所示，RXI型太陽能聚光器，包括太陽光1，RXI型太陽能聚光鏡2，太陽能光伏電池片3。所述的RXI型太陽能聚光鏡2整體為一個旋轉對稱結構，其選用材質為PMMA透明材質。