[發(fā)明專利]一種非跟蹤非對稱復合平面型最大反射聚光器、設計方法及應用

在審

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• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107659261A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 端木琳;王哲
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠

技術領域

本發(fā)明涉及一種非跟蹤非對稱復合平面型最大反射聚光器、設計方法及應用，屬于非跟蹤低倍率反射聚光的太陽能應用技術領域。

背景技術

我國已將可再生能源裝置與建筑一體化應用技術作為重點支持的高新技術領域之一，在各種可再生能源中，考慮資源的豐富性普遍性、技術的成熟性以及與建筑集成的可行性，太陽能技術無疑是最有前途的技術之一。太陽能能流密度較低，采用聚光方式可以提高太陽輻射照度及減少昂貴的吸收器面積，降低成本。目前的聚光器可分為以拋物槽式、碟式、菲涅爾式等為代表的跟蹤型聚光器和以復合拋物面聚光器為代表的非跟蹤型聚光器。跟蹤部件制造成本較高，增加運行和維護成本，而且此類聚光器一般結構較為復雜，不適合建筑一體化應用。復合拋物面聚光器可接收的太陽入射角的范圍一般較小，而且拋物面的加工精度高；由于拋物面反射聚光的特點使得吸收體上的輻照均勻度較差，降低光伏電池的發(fā)電效率。因此對聚光器而言，如何減少跟蹤部件，簡化結構，降低聚光器制造精度要求，提高聚光均勻性及光學效率，是其推廣利用過程中亟待解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在解決目前聚光器存在的上述問題，提出一種非跟蹤非對稱復合平面型反射聚光器，并給出了設計方法，該聚光器結構簡單，極大程度地降低制造精度要求，可達到優(yōu)異的光學性能，光學效率高；吸收體上聚光均勻度較好，當用于光伏發(fā)電時，可以提高光伏電池的發(fā)電效率。該聚光器可吸收的太陽入射角范圍廣泛，無需跟蹤太陽或調節(jié)角度，且結構扁平，因此可以作為建筑構件固定安裝。

本發(fā)明的技術方案：

一種非跟蹤非對稱復合平面型最大反射聚光器，包括反射面1-1、平板狀吸收體1-2和玻璃蓋板1-3；所述的反射面1-1由多塊平面鏡復合相接而成，各塊平面鏡與水平面的夾角及寬度的設計需滿足以一定角度范圍入射的太陽光線全部反射到吸收體1-2上；平板狀吸收體1-2的受光面接收來自玻璃蓋板1-3的光，玻璃蓋板1-3覆蓋在平板狀吸收體1-2表面或玻璃蓋板1-3搭接在反射面1-1與平板狀吸收體1-2上；

當玻璃蓋板1-3搭接在反射面1-1與平板狀吸收體1-2上時，要求非跟蹤非對稱復合平面型最大反射聚光器內部密封，防止反射面1-1受外界環(huán)境影響且有利于形成溫室效應，起到保溫的作用；

所述的平板狀吸收體1-2的構造形式根據(jù)用途來確定，當用于集熱時，受光面涂有選擇性吸收涂層；當用于光伏發(fā)電時，受光面敷設光伏電池；當用于光伏/光熱一體化(PV/T)系統(tǒng)時，受光面敷設光伏電池，流體管道敷設于光伏電池背部。

所述的反射面1-1為鍍鋁平面鏡、鍍銀平面鏡、鏡面鋁板或鏡面鋼板。

所述的玻璃蓋板1-3為超白玻璃或鋼化玻璃。

所述的平板狀吸收體1-2根據(jù)安裝地點設計最佳安裝角度(水平、垂直或傾斜)。以θ₀角入射的太陽光線均能被反射到平板狀吸收體(1-2)的上端，從而保證該結構可接收的太陽入射角范圍為

一種非跟蹤非對稱復合平面型最大反射聚光器的設計方法，步驟如下：

(1)確定太陽光線的入射角θ₀和平面鏡的塊數(shù)n

當所述聚光器開口位于水平位置時，θ₀與當?shù)鼐暥鹊年P系為當所述聚光器開口位于豎直位置時，θ₀與當?shù)鼐暥鹊年P系為

平面鏡的塊數(shù)n根據(jù)聚光比及制造的精度要求選擇合理的n值，n越大，聚光比越大；

(2)確定平面鏡的端點A和P_i的坐標

β_i為第i塊平面鏡的傾角，平板狀吸收體1-2長度OA＝r，則A的坐標為(0,-r)；令P_i點坐標值為：

其中，i為平面鏡的塊數(shù)，P_i為第i塊平面鏡上端點坐標；

(3)以幾何聚光比最大為優(yōu)化目標，確定各平面鏡傾角β_i、幾何聚光比及各塊平面鏡的寬度，幾何聚光比為：

確定當時，CR取最大值。

第i塊平面鏡的寬度為

所述的非跟蹤非對稱復合平面型最大反射聚光器，其可吸收的太陽入射角范圍廣，可固定安裝，全年無需調節(jié)角度，適用于平面、斜坡等場合；也可與建筑一體化安裝，如屋頂、墻面、陽臺板和窗臺等各個部位；還能預制成建筑構件，適應于不同的立面造型。