[實用新型]一種適用于太陽能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420454956.4
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN204068849U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊源泉;張理;張平
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);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(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及太陽能聚光利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于太陽能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器。

背景技術(shù)

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(fā)電的成本。

太陽能聚光器經(jīng)過幾十年的發(fā)展，形成了以下一些典型結(jié)構(gòu)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(fù)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(tǒng)相結(jié)合使用，大大增加了太陽能利用的成本，因而免跟蹤靜態(tài)聚光器的應(yīng)用就將大大降低了太陽能利用的成本。

免跟蹤靜態(tài)聚光器具有以下一些優(yōu)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(fā)展方向。其中楔形聚光器結(jié)構(gòu)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(jīng)歷透鏡時會發(fā)生折射現(xiàn)象，同時，當光線從光密介質(zhì)到達光疏介質(zhì)時，如果入射角大于臨界角，則光線在光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)交界面上會發(fā)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(xué)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(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種適用于太陽能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器，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(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種適用于太陽能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器，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(jié)構(gòu)，在所述柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)充滿透明物質(zhì)。通過本實用新型聚光器對光線的折射及全反射應(yīng)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(jié)構(gòu)的側(cè)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)時段的光。

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

有益效果：本實用新型的的優(yōu)點：

1、本實用新型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(shù)時段的光。

2、本實用新型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為本實用新型聚光器的剖面示意圖。

附圖2為本實用新型聚光器的部分光路示意圖。

附圖3為本實用新型聚光器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖4為本實用新型聚光器出射面上設(shè)置雙面光伏設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖5為本實用新型聚光器陣列排布的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖6為本實用新型聚光器出射面上設(shè)置真空管式太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式