[發明專利]一種適用于太陽能光伏和光熱的免跟蹤式聚光器

有效

• 申請號: 201410395946.2
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104143954B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 熊源泉;張理;張平
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京源紫尚藍能源科技有限公司
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22;F24J2/10;G02B19/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及太陽能聚光利用技術領域，特別是涉及一種適用于太陽能光伏和光熱的免跟蹤式聚光器。

背景技術

太陽能聚光器通過將大面積上的低能量密度的太陽光匯聚到小面積上，一方面提高了太陽光能量密度，是光熱、聚光光伏利用必不可少的前提，另一方面使用相對便宜的聚光器代替昂貴的光伏電池，降低了光伏發電的成本。

太陽能聚光器經過幾十年的發展，形成了以下一些典型結構的聚光器，高倍聚光器包括有拋物槽式、塔式、碟式、線性菲涅爾式等。低倍聚光器包括有菲涅爾透鏡、凸面透鏡、V型聚光器、復合拋物面聚光器(CPC)、楔形聚光器等。上述大部分典型的聚光器往往需要與跟蹤系統相結合使用，大大增加了太陽能利用的成本，因而免跟蹤靜態聚光器的應用就將大大降低了太陽能利用的成本。

免跟蹤靜態聚光器具有以下一些優點：接收角寬，不需要跟蹤太陽，沒有運動的機械部件，簡單可靠，是聚光太陽能利用的重要發展方向。其中楔形聚光器結構簡單，它是利用透鏡材料的折射及全反射的聚光原理，由于透鏡材料的折射率大于1，所以光線在經歷透鏡時會發生折射現象，同時，當光線從光密介質到達光疏介質時，如果入射角大于臨界角，則光線在光密介質與光疏介質交界面上會發生全反射作用，利用全反射作用可以避免反射損失，提高光學效率。并且楔形聚光器接收角比較大，可以接收到全天的太陽輻射。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種適用于太陽能光伏和光熱的免跟蹤式聚光器，不僅能接收來自聚光器聚集的太陽能，還能接收到太陽的直接輻射和散射輻射，大大增加單位面積上太陽能的利用率。

技術方案：為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種適用于太陽能光伏和光熱的免跟蹤式聚光器，包括入射面、反射面和出射面，所述入射面與出射面處于同一平面上，且入射面的表面積大于出射面的表面積，所述反射面為多面體，所述入射面、反射面、出射面以及兩個互相平行且大小相同的面合圍成柱體結構，在所述柱體結構內充滿透明物質。通過本發明聚光器對光線的折射及全反射應用，不僅能接收來自聚光器聚集的太陽能，還能接收到太陽的直接輻射和散射輻射，大大增加單位面積上太陽能的利用率。

更進一步的，所述反射面包括直線反射面、拋物線反射面和圓弧反射面，所述直線反射面沿柱體母線方向的投影為直線，所述拋物線反射面沿柱體母線方向的投影為拋物線，所述圓弧反射面沿柱體母線方向的投影為圓弧，所述入射面、直線反射面、拋物線反射面、圓弧反射面和出射面依次首尾連接合圍成柱體狀結構的側面。

更進一步的，所述直線反射面與拋物線反射面切線連接，所述拋物線反射面與圓弧反射面切線連接。所述拋物線反射面沿柱體母線方向投影的拋物線的焦點位于入射面和出射面的連接線上。所述圓弧反射面沿柱體母線方向的投影的圓弧的圓心位于入射面和出射面的連接線上。

更進一步的，所述柱體結構的聚光器入射面接收光線入射角θ為：其中為聚光器所在地緯度，δ為太陽直射緯度，即赤緯角，在-23.45°與+23.45°范圍內變化。在無需跟蹤的情況下，接收并聚集入射到聚光器上表面的一天當中各時段的光，以及接收并聚集入射到聚光器上全年絕大多數時段的光。

更進一步的，所述柱體結構內充滿透明物質為玻璃或者塑料。所述反射面通過鍍反射膜或者增設反射鏡構成。在出射面上面設置有太陽能接收設備，所述太陽能接收設備的背光面與出射面相對，所述太陽能接收設備的向光面接收太陽直射和散射，所述太陽能接收設備為雙面光伏設備或真空管式太陽能熱水設備。

有益效果：本發明的的優點：

1、本發明被定位的聚光器不僅能提供一定聚光比的太陽能，在無需跟蹤的情況下，接收并聚集入射到聚光器上表面的一天當中各時段的光，以及接收并聚集入射到聚光器上全年絕大多數時段的光。

2、本發明不僅能接收來自聚光器聚集的太陽能，還能接收到太陽的直接輻射和散射輻射，大大增加單位面積上太陽能的利用率。

附圖說明

附圖1為本發明聚光器的剖面示意圖。

附圖2為本發明聚光器的部分光路示意圖。

附圖3為本發明聚光器的立體結構示意圖。

附圖4為本發明聚光器出射面上設置雙面光伏設備的結構示意圖。

附圖5為本發明聚光器陣列排布的結構示意圖。

附圖6為本發明聚光器出射面上設置真空管式太陽能熱水器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合各附圖對本發明作更進一步的說明。