[發明專利]一種太陽能碟式聚光鏡系統及其設計方法

有效

• 申請號: 201710515520.X
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107272176B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 宋海峰;王振聲
• 申請（專利權）人: 大連宏海新能源發展有限公司
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B27/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發明公開了一種太陽能碟式聚光鏡系統，包括太陽能碟式聚光鏡和位于所述太陽能碟式聚光鏡的焦平面附近的吸熱器，所述太陽能碟式聚光鏡由M個球面鏡拼接而成，所述球面鏡的反射面呈四邊形曲面，所述四邊形曲面的四個頂點位于同一旋轉拋物面上，M個所述球面鏡在經過所述旋轉拋物面頂點的切面上的正投影均為正方形且面積相等。本發明還公開了一種設計太陽能碟式聚光鏡系統的方法。本發明采用容易加工的球面鏡，減少了反射鏡面單元數量和制造模具數量，減少了加工制造成本，提高光學精度；系統工作過程中由于環境和其他因素造成的形變誤差較小，光學穩定度高；光斑均勻度較高，形狀易調。

技術領域

本發明涉及光熱發電技術領域，具體地說是一種太陽能碟式聚光鏡系統及其設計方法。

背景技術

現有的碟式聚光鏡的鏡面主要采用旋轉拋物面，由于加工工藝的極限，拋物面須分割為多個單元，這些單元按照對稱性又分為數組，每一組上有幾個單元就需要幾個鏡面制造模具，單元劃分得越多，聚光鏡光學特性越好，但是需要的鏡片制造模具也增多；同時也因鏡片單元邊沿的縫隙造成的光截斷損失量加大。在加工工藝上，每個鏡片單元的鏡面都呈雙曲面。整個光學系統在吸收器平面形成固定形狀光斑。

現有技術和產品存在以下問題：

1、單元鏡片模具數量多，增加加工制造成本；

2、每個鏡片單元都是雙曲面，加工難度大，誤差大，單元對稱性差，系統工作中由于形變帶來的光學誤差大；

3、系統聚光形成的光斑固定，光斑的能量密度梯度分布固定，光斑能流分布梯度可調難度系數大。

發明內容

根據上述提出的現有技術的加工制造成本高，難度大，誤差大，系統聚光形成的光斑固定，光斑的能量密度梯度分布固定，光斑能流分布梯度可調難度系數大等技術問題，而提供一種太陽能碟式聚光鏡系統及其設計方法。

本發明采用的技術手段如下：

一種太陽能碟式聚光鏡系統，包括太陽能碟式聚光鏡和位于所述太陽能碟式聚光鏡的焦平面附近的吸熱器，所述太陽能碟式聚光鏡由M個球面鏡拼接而成，所述球面鏡的反射面呈四邊形曲面，所述四邊形曲面的四個頂點位于同一拋物面上，M個所述球面鏡在經過所述旋轉拋物面頂點的切面上的正投影均為正方形且面積相等。

所述球面鏡在經過所述球面鏡頂點的切面上的正投影為四邊形，即某一球面鏡與其相鄰的球面鏡之間的拼接線在經過這一球面鏡頂點的切面上的正投影為四邊形；所述球面鏡的口徑中心在經過所述球面鏡頂點的切面上的正投影與所述四邊形的中心重合，所述M個球面鏡的焦點和所述旋轉拋物面的焦點重合。

所述M個四邊形曲面中至少有一個四邊形曲面的不相鄰的兩個頂點位于經過所述旋轉拋物面頂點的拋物線上。

在直角坐標系xyz空間內，所述旋轉拋物面的方程為：z＝A(x²+y²)，z≥0，

所述正方形的面積滿足如下關系：

W＝DNI*S*μ*a₁*a₂*a₃，

其中，S為M個所述正方形面積之和的等效面積，m²；

W為所述太陽能碟式聚光鏡的額定功率，W；

μ為所述太陽能碟式聚光鏡的光截取效率；

DNI為太陽直射常數，W/m²；

a₁為所述球面鏡的反射率；

a₂為吸熱器的轉換效率；

a₃為大氣吸收系數；