[發(fā)明專利]一種大型碟式太陽能聚光器鏡面及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410368302.4
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104133287A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳軍;陳曉磊;吳明碩;王立平;李鐵民
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B7/185;G02B7/198;F24J2/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械制造領(lǐng)域，特別涉及一種大型碟式太陽能聚光器鏡面及其制造方法。

背景技術(shù)

太陽能是一種可再生能源，具有絕對干凈、不受資源分布地域的限制、可在用電處就近發(fā)電、能源質(zhì)量高等特點。因此，對太陽能利用的研究和推廣，受到越來越多國家的重視。為了利用太陽能進行光熱發(fā)電，就需要聚集太陽光，獲得高密度光能。通常利用太陽能聚光器聚集太陽光，并通過相關(guān)裝置轉(zhuǎn)化成電能。碟式太陽能聚光器將太陽光直接聚集到位于碟式鏡面焦點處的熱接收器上，能夠高倍聚焦太陽光，系統(tǒng)光學效率高、啟動損失小；分布靈活，對場地要求小，既可以采用分布式小規(guī)模發(fā)電，也可以組成系統(tǒng)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電。因此碟式太陽能聚光器系統(tǒng)將具有廣闊的推廣應用前景。

碟式太陽能聚光器系統(tǒng)通常由聚光鏡、跟蹤機構(gòu)和熱接收器等組成。聚光鏡通常固定在主動跟蹤太陽運動的跟蹤機構(gòu)上，從而實時跟蹤太陽，反射并聚焦太陽光到熱接收器上。為了使聚光鏡高效聚集太陽光，一般采用大型聚光鏡。因此，在設(shè)計制造高效大型碟式太陽能聚光器過程中不僅要考慮聚光鏡的巨大結(jié)構(gòu)尺寸，而且需要保證聚光鏡的精度。目前，大型碟式太陽能聚光鏡主要采用桁架與分塊結(jié)構(gòu)，雖然分塊式結(jié)構(gòu)可以用模塊化的小尺寸鏡體結(jié)構(gòu)組裝為大型聚光鏡，但是這種方法結(jié)構(gòu)復雜，裝配難度較大，精度保障困難，聚光效率低，成本昂貴。因此，采用桁架與分塊結(jié)構(gòu)方法設(shè)計制造大型碟式太陽能聚光器存在一些技術(shù)難點，簡化大型碟式太陽能聚光器的結(jié)構(gòu)及制造方法是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改善桁架與分塊結(jié)構(gòu)方法的缺陷，提出了一種大型碟式太陽能聚光器鏡面及其制造方法，本發(fā)明的聚光器鏡面形成雙曲率拋物面，能夠保證聚光效率，同時該方法能夠大大簡化設(shè)計制造過程，減小制造裝配難度，降低制造成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種大型碟式太陽能聚光器鏡面，其特征在于，該聚光器鏡面由支撐機構(gòu)和多個花瓣片組成，每個花瓣片為扇形，在徑向具有拋物線曲率，在周向為圓弧結(jié)構(gòu)，花瓣片安裝在支撐機構(gòu)上，并沿圓周方向均勻布置，相鄰花瓣片之間留有縫隙，以此減小風載荷對鏡面形狀的影響；所述支撐機構(gòu)包括頂端支撐環(huán)，多個中間支撐環(huán)，底端支撐環(huán)和徑向連接條；所述徑向連接條由沿周向均勻布置的多個長條狀結(jié)構(gòu)組成，所述頂端支撐環(huán)，中間支撐環(huán)和底端支撐環(huán)均為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，圓環(huán)半徑逐漸減小，依次連接在徑向連接條上，該支撐機構(gòu)在空間形成離散的雙曲率拋物面。

所述頂端支撐環(huán)和底端支撐環(huán)上分別有頂端限位凹槽和底端限位凹槽，用于固定花瓣片的兩端。

所述的多個中間支撐環(huán)由外向內(nèi)半徑依次縮小，所述花瓣片與各中間支撐環(huán)接觸，各花瓣片在中間支撐環(huán)位移約束下產(chǎn)生彎折變形，形成雙曲率拋物面。

本發(fā)明還提出一種上述大型碟式太陽能聚光器鏡面的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)根據(jù)給定雙曲率拋物面的參數(shù)確定支撐機構(gòu)的頂端支撐環(huán)、底端支撐環(huán)的直徑，徑向連接條數(shù)量以及每個花瓣片的尺寸，每個花瓣片在彎折前為一個平面扇形薄片；

2)確定所述花瓣片彎折后的位移值：設(shè)花瓣片彎折后為具有雙曲率的拋物面扇形；根據(jù)花瓣片上各個點彎折前后對應坐標的變化得到彎折后各個點的位移值；

3)確定支撐機構(gòu)的中間支撐環(huán)的數(shù)量和尺寸：根據(jù)花瓣片上各個點彎折后的位移值，在彎折前的花瓣片上選取一系列點作為位移約束點，將該點在彎折后的位移值作為中間支撐環(huán)施加的位移約束，對彎折過程仿真，得到彎折后的花瓣片的形狀，從仿真結(jié)果中提取彎折后的花瓣片的形狀曲線，對提取的形狀曲線采用垂直入射光進行光路模擬，計算花瓣片彎折后的聚光效率；通過對位移約束點進行不同的組合，得到使得聚光效率最大的位移約束點組合，由該位移約束點組合中的位移約束點數(shù)量和位置確定支撐機構(gòu)的中間支撐環(huán)的數(shù)量和尺寸；

4)根據(jù)各支撐環(huán)的尺寸確定徑向連接條的長度，使徑向連接條能夠?qū)㈨敹酥苇h(huán)，底端支撐環(huán)和多個中間支撐環(huán)連接起來，并使各個支撐環(huán)在空間形成離散的雙曲率拋物面；

5)將多個花瓣片沿支撐機構(gòu)的圓周方向均勻布置，相鄰花瓣片之間留有縫隙，各個花瓣片的頂端和底端分別固定在頂端支撐環(huán)和底端支撐環(huán)上，并在多個中間支撐環(huán)位移約束下產(chǎn)生彎折變形，形成雙曲率拋物面。

本發(fā)明的特點及有益效果是：