一種高聚光倍數聚光均勻的複合平面槽式聚光器的製作方法
2023-06-10 16:46:51
專利名稱：一種高聚光倍數聚光均勻的複合平面槽式聚光器的製作方法
技術領域：
涉及一種高聚光倍數聚光均勻的複合平面槽式聚光器。
背景技術：
隨著太陽能光電事業的發展，聚光業越來越得以發展和重視。已有的聚光技術比如複合平面聚光器中申請號2009100016672複合平面聚光器介紹了一種複合平面槽式聚光器能夠形成均勻聚光，利於電池發電，但是申請中體現的是僅僅中聚焦面(圖2)和下聚焦面方式(圖1)，下聚焦面方式在實際應用中聚光倍率較低或者即使做到較大聚光倍數就會 相應使用更多的聚光反射鏡材料，不僅使用的材料增多增加了基礎費用，並且體積變得笨大難以控制運行，其原理就像深槽式拋物面，對比與淺槽式拋物面就失去了聚光本身提高效率和降低成本的意義。且其只對下聚光和中間聚光有所陳述，並未對上聚光方式作出說明，並且從權利要求的角度看聚光平面與平面鏡的角度在45° -135° (原文90°至135°或者45°到90° )變化，其中並不包括涉及0°至45°的內容，也不涉135° -180°的內容，但後述角度內容正是高倍相對低成本聚光所需要的，但是作為高倍聚光的上聚焦方式並沒有陳述和表述，事實上，均勻高倍聚光的複合平面槽式聚光器更有利於電池板的高效低成本發電，但是作者並沒有陳述，也沒有理由和證據證明作者想到這一點。同時均勻聚光往往被人們忽視。那麼聚光光伏發電為什麼需要均勻聚光？可以這麼認為1) 生產實踐經驗可以總結在一倍光照光伏發電領域需要均勻光照，否則造成熱島效應，比如樹葉鳥糞的阻擋會失去光照均勻，最終造成影響發電效果或造成光電池板的損壞。聚光光伏發電和一倍可光照發電的區別是光照強度隨聚光比增加，因此聚光光伏發電需要的光照條件只能比一倍光照光伏發電更苛刻，因此從實踐證明和推論，聚光光伏發電必然需要光照均勻的這個條件，否則同樣會造成熱島效應或更容易在極端條件下損壞電池。2)理論分析電池板的結構是由許多半導體PN結串聯或並聯構成的，聚光電池板儘管使用材料有區別，但同樣需要N個半導體串聯或並聯，PN結在光照的情況下會產生光電效應並產生一定的電流和電壓，其中電流的大小與光照強度成正比，電壓會隨光電池內阻而變化,而光電池內阻隨PN結的溫度變化而變化，光電池的電壓必然隨電池板PN結的溫度變化而變化。其中溫度變化有內因和外因，內因是電流增大導致內電阻發熱，根據焦耳定律，發熱量與電阻成正比、與電流的平方成正比，所以對於電池板來說光照強的部位電流高的同時發熱量必然增高，發熱高的地方電阻又同時增大，電阻增大又導致發熱量增高，形成惡性循環。且電壓伴隨電阻升高而升高，局部電壓升高導致電池板內部各並聯PN結之間的內部環流或者說是渦流，環流和渦流進一步增加電池板內部的局部溫度，進一步造成不平衡，這樣又造成惡性循環。因此引起電池板溫度變化的內因取決於光照強度、電流強度、內電阻這些參數，其中光照強度是首要因素。至於外因條件取決於外部的散熱條件，但如果內因條件得不到解決，即使利用良好的熱力學知識也無法完美實現電池板內部等溫、等電壓、等電流、等電阻的內因問題。所以，解決聚光電池的完美使用的首要條件是聚光均勻。其次是散熱條件。否則，不僅影響電池板正常使用，並且在極限條件下損壞電池，如果現在通過實驗還沒有顯示「均勻聚光」對聚光電池的重要性，也必將在未來達成需要「聚光均勻」的共識。第二個問題什麼樣的反射裝置能夠實現太陽光線的均勻聚光？
1)實現均勻聚光的條件要做到電池板平面內的均勻聚光，必須是聚光設備的反射光在空間部位的某個區域的固定部位來實現，比如對拋物面反射來說這個固定位置(聚光焦面)位於拋物面焦點的下方且與對稱軸垂直的平面。從平面幾何圖形的反射光線來分析，在一個平面內並不是所有的反射光線能夠實現均勻反射，能夠在平面內對平行光線實現均勻反射的有直線線段(假定這條直線線段具有反射能力)，與直線線段平行的一側任意位置的直線可以接受到均勻反射光；還有一種是拋物線，在一個平面內拋物線可以把平行反射光聚集為一個焦點，當拋物線正對平行光且能夠進行反射時，則在這個平面內與拋物線對稱軸垂直的直線可以接受到均勻反射光。其他圖形如圓、雙曲線、異型曲線等都無法實現均勻聚光。以上假設是在平面內針對平行光反射而言，若是針對太陽光的近似平行光，還要區別對待，以下繼續分析
2)能夠實現平行光均勻聚光的設備實用的反射光設備是立體設備而不是平面反射設備，但立體結構的設備與上述的平面幾何圖形內假定形成的反射息息相關。立體聚光設備的聚光焦點部位就是無數直線反射光或無數平面拋物線反射光的集合，同時這個設備又要滿足反射「平行光」這個條件，因此，拋物線或者直線只能在一個平面內延伸或以「平行光」的中心線為軸線、以幾何圖形「圓」的軌跡來旋轉形成反射面，拋物線以軸線為中心線並以圓軌跡旋轉成拋物面，拋物線沿平面延伸成槽式拋物面；直線(假定具有反射能力)沿平面延伸成平面鏡，直線以平行光方向的中心線為軸線並以圓軌跡旋轉形成等腰梯形形狀的類似圓臺的反射面，當這個梯形內角為90°時，梯形變為矩形，圓臺變為圓柱，不過圓臺和圓柱都是空心的，我們通常稱為「桶」。因此，能夠實現均勻聚光的設備有四種1，具有焦點的拋物面聚光設備；2，槽式拋物面(具有焦線)聚光設備；3，平面鏡；4類似圓臺的筒狀反射面。3)把太陽光直射光變為平面聚光的拋物面設備太陽光直射光不能完全滿足「平行光」的條件，由於太陽張角的影響，太陽光有一個偏移角度，我們平時用的拋物面反射光都是把太陽光看做近似平行光，這樣槽式拋物面即使在拋物面焦點下方，由於對稱軸作為光線的聚焦中心能夠對偏移光線實現「重疊」作用，就是中心部位的光照強度是周圍光照強度的兩倍。這樣會導致太陽張角範圍內的中心區域光照增強，所以無法實現均勻聚光。同時，還有一個更重要的因素是散射光，由於大氣的散射作用，散射光在太陽直射光內佔的比例較大，有人測定是15%，這樣由於散射光在平行光的兩側，類似並超過太陽張角的影響，會在對稱軸周圍形成光線的偏移，且偏移角度較大，這樣客觀上拋物面類聚光器在現實應用領域裡無法實現「均勻聚焦」或形成一個均勻的聚光面。因此，對滿足電池板的「均勻聚光」的這個需求來說，或同時簡化製作成本，只有平面鏡和圓臺反射面能夠實現均勻聚光，而槽式平面反射鏡可以認為是平面鏡的組合。
發明內容
針對以上技術存在的均勻聚光或低倍聚光和問題，提出以下技術解決方案。
本申請涉及一種高聚光倍數聚光均勻的複合平面槽式聚光器，包括平面反射鏡、平面受光部件、機械支撐機構、一維跟蹤和控制部件，其特徵是用五十至N塊平面鏡以一定角度連續折彎或結合形成槽式聚光系統，其中平面鏡的大小和折彎角度是以某個具體的拋物線上的固定間斷取值即變量X的取值作為聚光面的寬度，與X的取值相應的Y值形成一系列的坐標點，相鄰坐標點的連線就是平面鏡的寬度，相鄰線段的彎曲角度就是平面鏡的彎曲角度，由上述拋物線上的取點的連線形成的連續折線沿垂直於折線平面的方向延伸，就形成整體平面鏡的綜合長度，或多個平面鏡的長度組合成這個長度，其中平面反射鏡與平面受光部件的夾角在0-45度或135-180度之間，即平面受光部件位於複合平面槽式聚光器的上部，其多塊平面反射鏡的反射光在平面受光部件部位形成「面聚焦」，聚光倍數大於等於50倍，所述平面受光部件是指光接收部件 為平面的光接收體，所述「面聚焦」是指反射光均勻聚焦在一個平面內，所述五十至N塊平面鏡是指複合平面聚光器的橫截面的折線段大於等於五十，所述拋物線上的固定間斷取值即變量X是大於等於IOmm的數值，複合平面槽式聚光器類同槽式拋物面聚光器進行一維跟蹤。此方式可以形成穩定的平面鏡均勻聚光，製作簡便精確，節省材料，降低成本，利於聚光光伏發電。
附圖附圖I為聚光均勻的複合平面槽式聚光器反射面的橫切面示意圖。其中線段AB、BC、⑶、DE、EF、為連續線段，AG為拋物線的對稱軸，G為焦點。
具體實施例方式結合附圖進行一下說明圖I為一個製作實例，線段AB、BC、⑶、DE、EF、為連續線段，AG為拋物線的對稱軸,G為焦點。根據拋物線方程x2=2py 設p=100mm即焦距F=50mm即 AG=SOmm
則當 X=IOmm 時 y=0.5_ x=20mm 時 y=2. Omm x=30mm 時 y=4. 5mm x=40mm 時 y=8. Omm x=50mm 時 y=12. 5mm x=60mm 時 y=18. Omm x=70mm 時 y=24. 5mm x=80mm 時 y=32. Omm X=QOmm 時 y=40. 5mm X=IOOmm 時 y=50. Omm
取 A (0,0)、B (20，2)、C (40，8)、D (60，18)、E (80，32)做成線段 AB、BC、CD、DE、EF，將
其依次相連與另一側的對稱線段形成連續折線，連續折線沿其平面延伸即可形成複合平面槽式反射鏡，當此複合平面對準陽光時準確聚焦時，焦面寬度為10mm。注意的是為了敘述方便，本圖是簡易示意圖，本圖的連續線段不足50條，而本技術方案的線段數量大於等於50條。同時，當反射鏡數目增多時，焦距也會相應增大，即改變P值，比如可取焦距等於IOOOmm或更大，這屬於常用技術手段，由於實際尺寸和紙上畫圖存在比例，本示意圖也可以把尺寸擴大10倍或更大倍數去理解。這樣做的目的就是看清楚反射面與焦面位置的關係，使得反射鏡從直觀上更為「扁平」，所用聚光材料就會相對較少，達到本技術方案的目的。平面受光部件位於G點，其平面與對稱軸AG垂直。平面受光部件的受光部分的寬度接近X或等於X的取值。聚光倍數是X取值的個數減一，加上對稱面就是X取值的個數減I後再X 2，聚光倍數的公式可總結為聚光倍數=(X取值的個數-I) X2。
長度根據需要靈活設定，槽式平面鏡越長越有利於節約。可以組合形成較長的長度。和拋物面槽式一樣進行一維跟蹤，即所有的組合平面鏡作為一個連接的整體，東西放置或南北放置後跟蹤陽光轉動，沿長度為東西方向放置的，轉動角度為太陽仰角角度變化；沿南北方向放置的，轉動角度為。機械連接機構以A點為轉動軸旋轉跟蹤。
權利要求
1.一種高聚光倍數聚光均勻的複合平面槽式聚光器，包括平面反射鏡、平面受光部件、機械支撐機構、一維跟蹤和控制部件，其特徵是用五十至N塊平面鏡以一定角度連續折彎或結合形成槽式聚光系統，其中平面鏡的大小和折彎角度是以某個具體的拋物線上的固定間斷取值即變量X的取值作為聚光面的寬度，與X的取值相應的Y值形成一系列的坐標點，相鄰坐標點的連線就是平面鏡的寬度，相鄰線段的彎曲角度就是平面鏡的彎曲角度，由上述拋物線上的取點的連線形成的連續折線沿垂直於折線平面的方向延伸，就形成整體平面鏡的綜合長度，或多個平面鏡的長度組合成這個長度，其中平面反射鏡與平面受光部件的夾角在0-45度或135-180度之間，即平面受光部件位於複合平面槽式聚光器的上部，其多塊平面反射鏡的反射光在平面受光部件部位形成「面聚焦」，聚光倍數大於等於50倍，所述平面受光部件是指光接收部件為平面的光接收體，所述「面聚焦」是指反射光均勻聚焦在一個平面內，所述五十至N塊平面鏡是指複合平面聚光器的橫截面的折線段大於等於五十，所述拋物線上的固定間斷取值即變量X是大於等於IOmm的數值，複合平面槽式聚光器類同槽式拋物面聚光器進行一維跟蹤。
全文摘要
本申請涉及一種高聚光倍數聚光均勻的複合平面槽式聚光器，主要解決高倍槽式複合平面均勻聚光的問題。方案包括平面反射鏡、平面受光部件、機械支撐機構、一維跟蹤和控制部件，其特徵是用五十至N塊平面鏡以一定角度連續折彎或結合形成槽式聚光系統，其中平面反射鏡與平面受光部件的夾角在0-45度或135-180度之間，即平面受光部件位於複合平面槽式聚光器的上部，其多塊平面反射鏡的反射光在平面受光部件部位形成「面聚焦」，聚光倍數大於等於50倍，複合平面槽式聚光器類同槽式拋物面聚光器進行一維跟蹤。此方式可以形成穩定的平面鏡均勻聚光，製作簡便精確，節省材料，降低成本，利於聚光光伏發電。
文檔編號G02B19/00GK102636869SQ20121012521
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者馮益安 申請人:馮益安