[发明专利]CDC免跟踪太阳能复合聚光器及其阵列

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能应用领域，具体来说，涉及一种无光象免跟踪太阳能复合聚光器及其阵列。 

背景技术

太阳能是地球上最丰富的可再生能源，自从太阳能利用技术发展以来，其昂贵的开发利用成本就成为大规模普及的障碍。能否经济高效地利用太阳能的关键就在于能否提高聚光比和跟踪精度。

太阳能因密度低，其峰值不超过1KW/㎡，且受太阳高度角，方位角，气象等影响，所以太阳能利用率很低，为了提高太阳能可利用率，人们应用太阳能聚光器提高太阳能辐射密度。聚光器主要有折射、反射、混合等类型，聚光形式主要有点聚焦和线聚焦。

纵观国内外研究开发的太阳能聚光器都存在共同的不足，一是因为无论是点聚焦还是线聚焦，均要求聚光器具有一套精确的自动跟踪系统，才能把会聚后光线精准地投射到集光器上，二是需要有一个精确的聚光面，才能把光线会聚成点或线后投射到集光器上，三是需要有一刚性好，制作精密的跟踪支架和传动机械，才能保证以上跟踪和聚光有效。四是聚光器全系统的零部件使用寿命最好相近，如15年，否则一旦有部分零部件损坏，就无法保证全系统正常运行。因此，太阳能聚光器制造成本高，运行成本大大高于常规能源，从而阻碍其商业化发展。为此，为了克服自动跟踪太阳能聚光器的上述不足，有人提出了免跟踪太阳能聚光器，如CPC（复合抛物线聚光镜）、槽式圆柱面镜、抛物线柱面镜等反射型聚光器。

然而，通过采用这样的聚光器，尽管会简化聚光器的结构，降低聚光的精度要求和制造成本，但是由于CPC聚光器的聚光比低，可利用性差，而槽式柱面镜在免跟踪条件下，聚光效果差，由此导致其商业化发展非常缓慢。因此，如果采用这种免跟踪太阳能聚光器来提高太阳能的利用率，如何提高其聚光比，降低聚光器制造精度要求，简化结构，降低应用成本，提高可应用性，是其商业化进程中极需解决的问题。

发明内容

针对现有太阳能聚光器的上述问题，本发明目的在于提供一种CDC（赵氏复合聚光器）免跟踪太阳能复合聚光器及其阵列，具体来说，提供一种由CDC免跟踪太阳能复合聚光曲线制作的免跟踪太阳能复合聚光器、以及由该复合聚光器组合成的方阵式复合聚光器阵列。

本发明的一个方面，提供一种CDC免跟踪太阳能复合聚光器，其特征在于，由半个抛物线和半个正圆曲线复合生成复合聚光曲线，将所述生成的复合聚光曲线作为该复合聚光器的端截面，沿该面垂直方向平行移动任意长度并截取，将截取段作为该复合聚光曲线生成的免跟踪太阳能复合聚光器，其中，截取的端截面为该聚光器的端面，将复合曲线段平行移动形成的曲面作为聚光器的复合聚光曲面，将直线段平行移动生成的平面作为复合聚光曲面的集光面。

根据本发明，由该复合聚光曲线生成的复合聚光器生成方法简单，在免跟踪的条件下，聚光比高，光能利用率高。并且，根据应用要求不同，选择不同技术参数，可生成较佳应用效果的免跟踪太阳能复合聚光器。

根据本发明的另一个方面，如上述CDC免跟踪太阳能复合聚光器，其特征在于，所述免跟踪太阳能复合聚光曲线，如下生成：依据实际应用要求，选择确定的抛物线曲线焦距F，聚光比X/F，根据Y=X2/4F抛物线方程，在一个象区作焦距为F的抛物线曲线坐标图，在X轴上确定与聚光比X/F对应的X值点，再在抛物线曲线上确定与X值点对应的C点，以C为截点在抛物线曲线上截取OC曲线段，以截取的OC曲线段的焦线OF中点D为圆心，以1/2焦线为半径作半个正圆曲线，交焦点F和OC曲线于O，生成的DFOC曲线段，即为上述半个抛物线与半个段正圆曲线复合成的免跟踪复合聚光曲线，其中，FOC为复合聚光曲线，DF为该曲线的集光焦线。

根据本发明的另一个方面，如上述CDC免跟踪太阳能复合聚光器，其特征在于，根据应用要求，选择抛物线曲线焦距、聚光比，以生成不同聚光效果的复合聚光器。

根据本发明，因为焦距决定该复合聚光器的开口高度和最大有效采光面积，聚光比决定有效采光比和全反射临界角，所以，依据不同的应用要求选择相应的抛物线焦距和聚光比，就能保证生成的复合聚光器在免跟踪条件下，在太阳高度角位于47度范围内，方位角在上午9点到下午15点的约90角范围内的太阳日照光线，都能入射到聚光器聚光曲面上，从而取得较佳的聚光效果。

根据本发明的另一个方面，如上述CDC免跟踪太阳能复合聚光器，其特征在于，组成复合聚光曲线的所述半个抛物线曲线的焦距等于所述半个正圆曲线的直径，并重合。