一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置的製作方法

2023-09-23 12:54:35 1

專利名稱：一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種聚光光伏系統光電轉換模塊的結構，屬於太陽能利用技術領
域，特別是一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置。
背景技術：
開發新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題，在新能源開發與利用方 式中，光伏發電倍受矚目。目前，光伏發電主要採用普通平板光伏發電系統。普通平板光 伏發電系統直接將平板太陽電池組件朝向低緯度地區放置(與地面成一定角度)，以串並 聯的方式組成太陽能光伏陣列從而達到使用太陽能發電的目的。在普通平板光伏發電系統 中，太陽電池的成本在系統總成本中佔很大比例，由於太陽電池的價格比較高昂，從而直接 導致了系統的成本過高。目前，使用的光伏電池的轉換效率低、成本高，是光伏發電沒有在 市場上廣泛推廣應用的主要原因之一。 光伏電池可以在相當高的光強條件下工作，在聚光條件下使用光伏電池進行光電 轉換，是降低太陽能發電成本的有效途徑之一。採用聚光光伏系統，可以減少給定功率所需 的電池面積，用比較便宜的聚光器來部分代替昂貴的太陽電池。在這種系統中，太陽電池的 總成本會顯著降低，發電系統的總成本也隨之下降。 如果聚光電池在三百倍或更高倍數的太陽光強條件下工作，並可以達到相當高的 光電轉換效率(25% -36% )。但是，這種高倍聚光的光伏電池需要昂貴的半導體材料(銦 化鎵或提純高純度矽等)，加工工藝也非常複雜，在聚光條件下使用時，光伏電池的溫度會 變得很高，需要更苛刻且效率很高的冷卻技術。尤其是矽材料光伏電池，在日照強度恆定和 光伏電池溫度升高的情況下，會導致開路電壓降低，降低率為-0. 4% /K -0. 5% /K，從而 使矽材料光伏電池的輸出功率也降低。冷卻裝置會增加光伏發電系統的成本，不適合一般 場合推廣使用。 如果聚光電池在3 10倍以內的太陽光強條件下工作，可以節省66 90%的太 陽電池。在太陽電池產生的溫度，可以通過使用常規散熱片的方式進行有效散熱。因此，這 種聚光電池在降低發電成本方面具有一定優勢。 在已公開的專利號ZL200510200596. 0、名稱為"使用光漏鬥反射法在地球上實現 數倍聚光的太陽能光伏電池發電裝置"的專利文件中，這種裝置理論上可以實現3 7倍的 聚光比，然而在現實情況下，考慮到尺寸與反射損失等因素，只能達到3. 5 4. 3倍的聚光 比。如果要達到所述的7倍聚光比，其反射面的尺寸需要無限長才可以做到，這在實際生產 應用中顯然是行不通的。也就是說，這種結構不能在3-10倍、甚至更高倍數之間實現尺寸 變換，以適應不同氣溫環境。另一方面，這種裝置採用的是塑料殼體，在製造加工與溫度等 各種因素共同作用下，使以塑料為基底形成的平面反射面極易發生變形，變形後的反射面 在其太陽電池表面分布的聚光光線很不均勻，使太陽電池的光電轉換能力下降。 透射聚光也是實現較高倍數的一個途徑，由於菲涅爾透鏡的大量生產而降低下來 的成本也是十分引人注目的。然而從技術的角度來看，菲涅爾透鏡在特定面上的聚光光強的均勻性相對要差一些。從工業化的角度看來說，相比於反射法，特製透鏡的成本仍然高於 具有高反射率反射鏡面的成本。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝 置，在光伏電池表面各點具有比較均勻的輻射強度，有利於提高光伏電池的整體光電轉換 效率。 本實用新型的目的是這樣實現的一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發 電裝置，膠膜將與導電板配合連接的光伏電池密封在電路板上，導電板及光伏電池所構成 的電流輸出器一同配合設置在反射鏡面體底部開口處的底座內，環形防水密封壓圈配合密 封反射鏡面體下端開口 ，反射鏡面體與光伏電池朝上的受光面相配合設置，散熱器基板配 合固裝在位於反射鏡面體底部的底座上； 反射鏡面體由二次反光體和一次反光碗狀殼體相配合構成，一次反光碗狀殼體其 內周壁設置的一次反射鏡曲面為旋轉拋物面；位於一次反光碗狀殼體內的二次反光體，其 外周壁上設置著與一次反射鏡曲面相配合的二次反射鏡曲面，該二次反射鏡曲面的中央軸 線與一次反射鏡曲面的中央軸線相重合；一次反光碗狀殼體上端大圓開口被形狀相應呈圓 片狀的透明防護蓋板固裝密封；二次反光體相應的上端與透明防護蓋板內表面相固接，二 次反射鏡曲面的上端與一次反射鏡曲面的上端平齊，二次反射鏡曲面與一次反射鏡曲面相 對應配合，一次反射鏡曲面、二次反射鏡曲面與光伏電池受光面之間的位置相互對應配合 並形成相應的碗狀空腔，相應的入射光線經一次反射鏡曲面反射至二次反射鏡曲面形成首 次反射的一次反射光線，經二次反射鏡曲面至光伏電池受光面形成再次反射的二次反射光 線，沿著一次反射光線傳播方向的延伸線都相交於一次反射鏡曲面上方的光學焦點，一次 反射鏡曲面與二次反射鏡曲面的中央軸線相重合於Y軸線，任意一條入射光線與被反射的 一次反射光線在一次反射鏡曲面上形成的一次相交點至Y軸線的垂直距離為&，位於一次 反射光線與二次反射光線在二次反射鏡曲面上形成二次相交點，位於二次反射光線相應在 光伏電池受光面上形成的受光點與Y軸線的垂直距離為&，其中，光伏電池受光面與X軸線 相重合，其圓心與坐標原點重合，圓片狀光伏電池受光面相應與Y軸線垂直； 所述的一次反射鏡曲面的旋轉拋物面其截面曲線函數為y-xf/2R，其中，^為
位於入射光線與一次反射光線在一次反射鏡曲面上形成的一次相交點至Y軸線的已知的 垂直距離，O < X2《R， R為內周壁一次反射鏡曲面上端半徑； —次反射鏡曲面上端半徑R與二次反射鏡曲面頂端半徑r之間滿足的函數關係 為 R-iV^T^,其中，n為底部的光伏電池受光面所接收的聚光輻射強度與入射太 陽光輻射強度的比值，r也為圓片狀光伏電池的半徑； 則一次反射鏡曲面旋轉拋物面截面函數曲線已知的&值與每一受光點所在位置 處相應的已知Xl值之間滿足的函數關係式為 n^f-;c〗-屍，其中，n為底部的光伏電池受光面所接收的聚光輻射強度與入射太 陽光輻射強度的比值，r也為圓片狀光伏電池的半徑，根據每一個已知的x2值對應可得知相 應的Xi值；[0016] 依據一次入射光線與二次入射光線在二次反射鏡曲面上遵循光反射的定律和二 次反射鏡曲面截面的函數曲線線段其上端的已知坐標值， 二次反射鏡曲面其截面的曲線函數為其相應坐標值與旋轉拋物面截面函數曲線 軌跡的坐標值一一相對應的曲線。 本實用新型由防護玻璃1、一次反光碗狀殼體3、二次反光體2、環形防水密封壓圈 4、膠膜5、光伏電池6、導電片7、散熱器、固定螺栓9等組成，一次反光碗狀殼體3內部有軸 對稱旋轉拋物面，二次反光體2外周壁上有二次反射鏡曲面10，通過一次反光碗狀殼體3內 部的軸對稱旋轉的一次反射鏡曲面ll，將平行於旋轉軸的太陽光線向焦點匯聚。二次反射 鏡曲面10也是軸對稱的旋轉曲面，位於一次反光碗狀殼體3外周壁上設置的一次反射鏡曲 面11的焦點處，將尚未到達焦點的光線再次反射至一次反光碗狀殼體3的底部，在底部安 裝有光伏電池6。 本實用新型的關鍵點在於二次反光體2外周壁上所具有的二次反射鏡曲面10是 經過計算後精密製作而成，使經過這個二次反射鏡曲面10 二次反射後的光線匯聚在光伏 電池表面時，在光伏電池6表面的每一點，都具有相同的、數倍於入射太陽光的輻射強度， 從而提高了單位面積的普通光伏電池的光電轉換效率，可以比較容易實現3 IO倍，甚至 更高倍數的聚光比，達到在給定功率條件下，使用較少光伏電池的目的，因而可以降低光伏 發電系統的總成本。

圖1是本實用新型組件分解的結構示意圖； 圖2是本實用新型一次反光碗狀殼體與二次反光體位於同一平面的反射曲面截 面的函數曲線幾何關係示意圖； 圖3是本實用新型一次反光碗狀殼體與二次反光體相配合的光反射曲面的光路
原理示意圖；圖4是本實用新型的剖面結構示意圖圖；圖5是本實用新型側上方的俯視結構示意圖；圖6是本實用新型側下方的俯視結構示意圖。圖中標號說明如下l-透明防護蓋板；2- 二次反光體；3_一次反光碗狀殼體4-環形防水密封壓圈；5-膠膜；6_光伏電池；7-導電片;8-散熱片；9_固定螺栓；10-二次反射鏡曲面；ll-一次反射鏡曲面；12.-底座；13-散熱器基板。
具體實施方式—種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置，如圖1至圖6所示，膠膜5 將與導電板7配合連接的光伏電池6密封在電路板上，導電板7及光伏電池6所構成的電 流輸出器一同配合設置在反射鏡面體底部開口處的底座12內，環形防水密封壓圈4配合密 封反射鏡面體下端開口 ，反射鏡面體與光伏電池6朝上的受光面相配合設置，散熱器基板13配合固裝在位於反射鏡面體底部的底座12上； 反射鏡面體由二次反光體2和一次反光碗狀殼體3相配合構成， 一次反光碗狀殼 體3其外周壁設置的一次反射鏡曲面11為旋轉拋物面；位於一次反光碗狀殼體3內的二次 反光體2，其外周壁上設置著與一次反射鏡曲面11相配合的二次反射鏡曲面10，該二次反 射鏡曲面10的中央軸線與一次反射鏡曲面11的中央軸線相重合；一次反光碗狀殼體3上 端大圓開口被形狀相應呈圓片狀的透明防護蓋板1固裝密封；二次反光體2相應的上端與 透明防護蓋板1內表面相固接，二次反射鏡曲面10的上端與一次反射鏡曲面11的上端平 齊，二次反射鏡曲面10與一次反射鏡曲面11相對應配合，一次反射鏡曲面11、二次反射鏡 曲面10與光伏電池受光面之間的位置相互對應配合併形成相應的碗狀空腔，相應的入射 光線經一次反射鏡曲面11反射至二次反射鏡曲面10形成首次反射的一次反射光線，經二 次反射鏡曲面10至光伏電池6受光面形成再次反射的二次反射光線，沿著一次反射光線傳 播方向的延伸線都相交於一次反射鏡曲面11上方的光學焦點，一次反射鏡曲面11與二次 反射鏡曲面10的中央軸線相重合於Y軸線，任意一條入射光線與被反射的一次反射光線在 一次反射鏡曲面11上形成的一次相交點至Y軸線的垂直距離為x2，位於一次反射光線與二 次反射光線在二次反射鏡曲面10上形成二次相交點，位於二次反射光線相應在光伏電池6 受光面上形成的受光點與Y軸線的垂直距離為x"其中，光伏電池6受光面與X軸線相重合， 其圓心與坐標原點重合，圓片狀光伏電池6受光面相應與Y軸線垂直；所述的一次反射鏡曲面li的旋轉拋物面其截面曲線函數為y=x| / 2R，其中，x2
為位於入射光線與一次反射光線在一次反射鏡曲面11上形成的一次相交點至Y軸線的已 知的垂直距離，O < x2《R， R為內周壁一次反射鏡曲面11上端半徑； —次反射鏡曲面11上端半徑R與二次反射鏡曲面10頂端半徑r之間滿足的函數 關係為 R=iV(w + l)，其中，n為底部的光伏電池6受光面所接收的聚光輻射強度與入射太 陽光輻射強度的比值，r也為圓片狀光伏電池6的半徑； 則一次反射鏡曲面11旋轉拋物面截面函數曲線已知的x2值與每一受光點所在位 置處相應的已知Xl值之間滿足的函數關係式為 n*Xl2 = ;c22 -,,其中，n為底部的光伏電池6受光面所接收的聚光輻射強度與入射 太陽光輻射強度的比值，r也為圓片狀光伏電池6的半徑，根據每一個已知的&值對應可得 知相應的Xl值； 依據一次入射光線與二次入射光線在二次反射鏡曲面10上遵循光反射的定律和
二次反射鏡曲面io截面的函數曲線線段其上端的已知坐標值， 二次反射鏡曲面10其截面的曲線函數為其相應坐標值與旋轉拋物面截面函數曲 線軌跡的坐標值一一相對應的曲線。 如圖2所示，依據所設定的一次反射光線線段BF與二次反射光線線段F(^構成角 度及其角度等分線的三角函數關係和光學反射定律，通過高等數學中的微積分原理、離散 數學以及計算機工程算法學或優化設計算法，也就可確定出二次反射鏡曲面10其確定的 截面函數曲線軌跡或者其方程。當二次反射鏡曲面io截面的函數曲線線段其上端的確定 坐標值為(r， R/2) ， r《x2《R時，為最佳的實施技術方案。 光伏電池6則由普通的平板矽光電池構成。透明防護蓋板1由光學塑料或光學玻璃構成。 散熱器為散熱器基板13下板面上均布設置的垂直於底座12底板面的散熱片8。 上述具體實施方式
本發明的技術方案，以下為本發明具體的實施過程及設計原理 的闡釋 如圖1、圖4所示，本發明由透明防護蓋板1、二次反光體2、一次反光碗狀殼體3、 環形防水密封壓圈4，膠膜5、光伏電池6、導電片7、散熱器8、固定螺栓9等組成，其中二次 反光體2上加工有二次反射鏡曲面10，如一凸面鏡， 一次反光碗狀殼體3上加工有一次反射 鏡曲面11，相當於一凹面鏡，用層壓機依次將膠膜5、光伏電池6、導電片7、散熱器8封裝固 定在一起。通過散熱器8的散熱作用，使光伏電池6和導電片7上的溫度降低，使光伏電池 6的光電轉換效率不會發生明顯降低。導電片7允許通過聚光後產生的較大電流。通過固 定螺栓9將散熱器8固定在一次反光碗狀殼體3的底部時，環形防水密封壓圈4的可以阻 止水汽、灰塵等入由透明防護蓋板1、一次反光碗狀殼體3、光伏電池6形成的碗狀空腔，可 防止二次反射鏡曲面IO及一次反射鏡曲面11的反射率下降。 如圖2所示，二次反光體2上加工的二次反射鏡曲面10、一次反光碗狀殼體3上加 工的一次反射鏡曲面11和光伏電池6的受光面之間具有特定的幾何與位置關係。Y軸與太 陽光線平行，太陽光線沿NC方向平行入射，Y軸從圓形光伏電池6的圓心穿過，並垂直於光 伏電池6的受光面。線段OG與光伏電池6的表面位於同一平面，並表示光伏電池6的半徑 r。 線段AL表示一次反射鏡曲面ll截面曲線外沿的半徑R，B點是一次反射鏡曲面ll 內沿上的一點。曲線BCA是函數曲線為〔y-(xf /2R)〕的拋物線中的一段，以Y軸 為中心軸，曲線BCA圍繞旋轉Y軸一周後，形成一次反射鏡曲面ll。 L點是一次次反射鏡曲 面11的光學焦點。 二次反光體2以Y軸為旋轉軸，其中M點是二次反光體2外沿上的一點，M、B、G三 點的X軸坐標相同，均為光伏電池6的半徑r。曲線MDF以Y軸為旋轉軸旋轉一周形成二次 反射鏡曲面10。 —次反射鏡曲面11的最外沿與反光鏡曲面10的最外沿處於同一平面，線段AML 位於一次反射鏡曲面11的焦平面上，所以，照射於A點的光線經反射後，按AM的方面傳播， 經M點再次反射後，按MBG的方向傳播，最後到射至G點，A、M、L三點具有相同的Y坐標，即 R/2。 太陽光沿NC方向照射，由曲線BCA形成的一次反射鏡曲面11將太陽光線向焦點L 點聚焦，聚焦光線通過二次反射鏡曲面10的反射後，再次反射至一次反光碗狀殼體3底部 設置的光伏電池6的受光面上。 設一次反射鏡曲面11底部的光伏電池6其受光面接收的聚光輻射強度是正常太
陽輻射強度的n倍，即n為底部的光伏電池6受光面所接收的聚光輻射強度與正常日光輻
射強度的比值，則有 ... (n+l) Ji r2 = Ji R2 ...... +1) ①① 在光伏電池半徑r確定的情況下，當n取不同的值時，可以計算出一次反射鏡曲面
ll相應的的截面曲線方程為一拋物線函數方程，即[0055] formula see original document page 9 ②② 相應地，仍如圖2所示，反光鏡曲面10的截面函數曲線MDF應滿足以下條件 1、當任意一條光線經N點入射，由一次反射鏡曲面11截面曲線上的點C進行反 射，向焦心L點聚集，經二次反射鏡曲面10截面曲線上點D再次反射後，照射於光伏電池6 受光面上的點E ; 2、一次反射鏡曲面11和二次反射鏡曲面10的反射損失很小且可忽略不計時，光 伏電池6受光面任一點的輻射強度相同。 設C點坐標為(x2， y2) ， E點坐標為0q， 0)，則入射光線與光線落點坐標的對應關 係為 formula see original document page 9 ③③ 根據①、②、③式和光線反射物理定律，可通過計算確定對應一次反射鏡曲面11 光反射產生的惟一的二次反射鏡曲面IO截面曲線，即二次反射鏡曲面10為光射點掃描曲 線MDF的函數方程曲線，其相應的Y值也可以計算確定，根據這個曲線方程，就可以加工出 所要求的二次反射鏡曲面10。 如圖3所示，太陽光線沿中心旋轉Y軸平行入射，經過一次反射鏡曲面11和二次 反射鏡曲面10的兩次反射，光線最後照射在光伏電池6的受光面上，也就是說，本實用新型 只能在Y軸指向太陽光時，即與太陽光線平行的情況下，才具有聚光發電功能，因此適用於 跟蹤發電情形。 如圖4、圖5所示，透明防護蓋板1要求透光率很高，可以用硬化或鋼化玻璃製造， 或者用光學塑料製造，要求具有防水、防塵以及相當的抗撞擊功能，以適應各種室外惡劣氣 候。透明防護蓋板1呈圓形，其外徑與一次反光碗狀殼體3的外徑相同，並以一次反光碗狀 殼體3外沿的結合面粘合固定。二次反光體2外形為上端為平面的實心體，外形也可以是 鍋狀殼體，以其上端通過粘合固定於透明防護蓋板1下方的中心位置。 一次反光碗狀殼體 3下方開口為圓形，對應光伏電池6的受光面。 如圖6所示，固定螺栓9把固定有光伏電池6和導電片7的散熱器8固定在一次 反光碗狀殼體3的底部，同時，固定螺栓9的下方伸出部絲杆用於固定在一次反光碗狀殼體 3下部的底座上。通過導線將多個本實用新型進行串、並聯接，形成更大的光伏發電系統。 此外，本實用新型由於其反射面均為弧形結構，在溫度及外力作用下，不易發生較 大的變形，有利於匯聚光線保持均勻；其匯聚光線光斑為圓形，適用於圓形的矽材料光伏電 池，也就是說，當矽棒在切片後，以圓形為基本形狀實施一系列的光電池加工工藝，無需將 其切割為方形或近似方形，減少了邊角碎料的產生；匯聚光斑位於拋物反射面的底部，在此 處安放光伏電池6，更有利於在光伏電池的背部固定更大散熱面積的散熱片，可有提高對光 伏電池6的散熱效率。 採用本實用新型所提供的使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能電池發電裝置， 具有以下優點一是這種結構可以很容易實現3 10倍，甚至更高倍數的聚光比；二是這 種結構在光伏電池6表面各點具有均勻的輻射強度，有利於提高光伏電池的整體光電轉換 效率；三是由於兩個反射面均為弧形結構，在溫度及外力作用下，不易發生較大的變形，有 利於匯聚光線保持均勻；四是匯聚光線光斑為圓形，適用於圓形的矽材料光伏電池，也就是說，當矽棒在切片後，以圓形為基本形狀實施一系列的光伏電池加工工藝，無需將其切割為 方形或近似方形，減少了邊角碎料的產生；五是匯聚光斑位於拋物反射面的底部，在此處安 放光伏電池6，更有利於在光伏電池的背部固定更大散熱面積的散熱片，可有提高對光伏電 池6的散熱效率。 如圖2所示，太陽光從上面均勻地照射下來，垂直於上表面，通過(一次反射鏡曲 面11)拋物面的反射後，反射至中間的二次反射面(二次反射鏡曲面10)上，再反射至底部 的光伏電池受光面上。光路圖如圖2及圖3所示 底部接收面的半徑為OG二r，與上部二次反射面(二次反射鏡曲面10)的半徑LM 相等；底部接收面接收的光強是正常光強的n倍，因此光線接收面處LA =半徑R， ... (n+l) Ji r2 = Ji R2 7 =/^(" + 1) 焦點L的坐標也是確定的，即(0，R/2)，一次拋物反射面( 一次反射鏡曲面11)的 掃描線的端點A的坐標(R， R/2)。 —次拋物反射面( 一次反射鏡曲面11)的掃描線方程為 x2 V,=J "2R —次反射面( 一次反射鏡曲面11)的最外緣與二次反射面(二次反射鏡曲面10) 的底面處於同一平面，即AML位於一次拋物面(一次反射鏡曲面ll)的焦平面上，點L是一 次拋物反射面(一次反射鏡曲面ll)的焦點。所以，照射於A點的光線經反射後，應按AM 的方面傳播，經M點再次反射後，按MBG的方向傳播。 現在要解決的問題是 計算出曲線MDF段的函數，用於數控工具機的迴轉切削，要求滿足以下條件 1 、曲線MDF經過M點，即LM = r ; 2、由A點入射的光線反射至M點後，交於G點； 3、由M點外側入射的光線經B點反射至F點，再反射至原點0 ; 4、在MA範圍內的任一條入射光線NC，經C點反射至D點，再反射到E點； 5、在底部光線接收面的任一點，光線能量密度相等。也就是說，底部任一區域的光
強是正常光強的n倍，即nufn;—;r.r2 式中，Xl為底部橫坐標，x2為在一次拋物線上與Xl —一對應的橫坐標，n為常數， r為常數，所以有 n.xf-;c;-r2 這是入射光線的一次相交點與光伏電池受光面的受光點坐標的對應關係。 根據上述坐標的對應關係，可以進行以下求證 設一條曲線的函數為；f (x， y) = 0 對於任意一條垂直入射的光線NC，在(一次反射鏡曲面11)拋物線y2-i上都有
"2R一個坐標C ( x2 , i )，線段LC的斜率
2 2及
射至MG
X2 X2 i
x2 — 0 x2
在曲線上，D點的斜率為k;
DE為反射光線，因此，根據反射定律與倒角公式
—一 a & — ^1 、 、 、 ^ . &2 一矢 一 & 一 &l
加《=:;~;~;"和tan《-:;~~;~p ，應該有-，，， ，，，'
其中，9 ! = Z FDE， e 2 = Z MDC ;
及
曲線f (x， y) = 0經過點M，坐標為(r，y )
曲線f(x，y) = O經過點M，在這一點的導數y' = 1 ;(因為經A點的光線AM反 因此M點的切線與x軸的夾角為45。)
點D(x， y)與點C(x2， y2)之間的對應關係是^ = _^
根據上述條件計算出函數f(x，y) =0的形式。
權利要求一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置，膠膜(5)將與導電板(7)配合連接的光伏電池(6)密封在電路板上，導電板(7)及光伏電池(6)所構成的電流輸出器一同配合設置在反射鏡面體底部開口處的底座(12)內，環形防水密封壓圈(4)配合密封反射鏡面體下端開口，反射鏡面體與光伏電池(6)朝上的受光面相配合設置，散熱器基板(13)配合固裝在位於反射鏡面體底部的底座(12)上；反射鏡面體由二次反光體(2)和一次反光碗狀殼體(3)相配合構成，一次反光碗狀殼體(3)其內周壁設置的一次反射鏡曲面(11)為旋轉拋物面；位於一次反光碗狀殼體(3)內的二次反光體(2)，其外周壁上設置著與一次反射鏡曲面(11)相配合的二次反射鏡曲面(10)，該二次反射鏡曲面(10)的中央軸線與一次反射鏡曲面(11)的中央軸線相重合；一次反光碗狀殼體(3)上端大圓開口被形狀相應呈圓片狀的透明防護蓋板(1)固裝密封；二次反光體(2)相應的上端與透明防護蓋板(1)內表面相固接，二次反射鏡曲面(10)的上端與一次反射鏡曲面(11)的上端平齊，二次反射鏡曲面(10)與一次反射鏡曲面(11)相對應配合，一次反射鏡曲面(11)、二次反射鏡曲面(10)與光伏電池受光面之間的位置相互對應配合併形成相應的碗狀空腔，其特徵是相應的入射光線經一次反射鏡曲面(11)反射至二次反射鏡曲面(10)形成首次反射的一次反射光線，經二次反射鏡曲面(10)至光伏電池(6)受光面形成再次反射的二次反射光線，沿著一次反射光線傳播方向的延伸線都相交於一次反射鏡曲面(11)上方的光學焦點，一次反射鏡曲面(11)與二次反射鏡曲面(10)的中央軸線相重合於Y軸線，任意一條入射光線與被反射的一次反射光線在一次反射鏡曲面(11)上形成的一次相交點至Y軸線的垂直距離為x2，位於一次反射光線與二次反射光線在二次反射鏡曲面(10)上形成二次相交點，位於二次反射光線相應在光伏電池(6)受光面上形成的受光點與Y軸線的垂直距離為x1，其中，光伏電池(6)受光面與X軸線相重合，其圓心與坐標原點重合，圓片狀光伏電池(6)受光面相應與Y軸線垂直；所述的一次反射鏡曲面(11)的旋轉拋物面其截面曲線函數為 y= x 2 2/2R, 其中，x2為位於入射光線與一次反射光線在一次反射鏡曲面(11)上形成的一次相交點至Y軸線的已知的垂直距離，0＜x2≤R，R為內周壁一次反射鏡曲面(11)上端半徑；一次反射鏡曲面(11)上端半徑R與二次反射鏡曲面(10)頂端半徑r之間滿足的函數關係為 R=r (n+1) , 其中，n為底部的光伏電池(6)受光面所接收的聚光輻射強度與入射太陽光輻射強度的比值，r也為圓片狀光伏電池(6)的半徑；則一次反射鏡曲面(11)旋轉拋物面截面函數曲線已知的x2值與每一受光點所在位置處相應的已知x1值之間滿足的函數關係式為 n x 1 2= x 2 2- r 2, 其中，n為底部的光伏電池(6)受光面所接收的聚光輻射強度與入射太陽光輻射強度的比值，r也為圓片狀光伏電池(6)的半徑，根據每一個已知的x2值對應可得知相應的x1值；依據一次入射光線與二次入射光線在二次反射鏡曲面(10)上遵循光反射的定律和二次反射鏡曲面(10)截面的函數曲線線段其上端的已知坐標值，二次反射鏡曲面(10)其截面的曲線函數為其相應坐標值與旋轉拋物面截面函數曲線軌跡的坐標值一一相對應的曲線。
2. 根據權利要求l所述的使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置，其 特徵是二次反射鏡曲面(10)截面的函數曲線線段其上端的確定坐標值為(r， R/2)， r《x2《R。
3. 根據權利要求1所述的使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置，其特徵 是散熱器為散熱器基板(13)下板面上均布設置的垂直於底座(12)底板面的散熱片(8)。
4. 根據權利要求1所述的使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置，其特徵 是透明防護蓋板(1)由光學塑料或光學玻璃構成。
專利摘要本實用新型公開了一種使用二次反射法實現數倍聚光的太陽能發電裝置，位於一次反光碗狀殼體內的二次反光體，其外周壁上設置著與一次反射鏡曲面相配合的二次反射鏡曲面，一次反射鏡曲面、二次反射鏡曲面與光伏電池受光面之間的位置相互對應配合併形成相應的碗狀空腔，二次反射鏡曲面其截面的曲線函數為其相應坐標值與旋轉拋物面截面函數曲線軌跡的坐標值一一相對應的曲線。本實用新型在光伏電池表面各點具有比較均勻的輻射強度，從而提高了單位面積的普通光伏電池的光電轉換效率，甚至更高倍數的聚光比，達到在給定功率條件下，使用較少光伏電池的目的，因而可以降低光伏發電系統的總成本。
文檔編號G02B27/00GK201504194SQ200920164499
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者修強, 呂紹勤, 張德勝, 林閩 申請人:新疆維吾爾自治區新能源研究所;新疆太陽能科技開發公司