[发明专利]无均光棒的反射太阳能聚光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏装置中的聚光部件，特别是涉及一种无均光棒的反射的低成本、高效率的太阳能聚光器。

背景技术

高效率地利用太阳能进行光伏发电是解决世界能源问题的大课题，由于太阳能是一种低密度的能量，进行高倍聚光是提高太阳能品质因素的方法之一。用于光伏发电的太阳能聚光器一般必须将光电器件置于下方，以接受来自上空的太阳能光线。上述聚光器的一般的结构是：一次聚光器(一般使用旋转抛物面或抛物柱面)置于下方，二次反射器再将反射到上方的光线反射到下方用于安装光电器件的聚光面上。由于所讨论的聚光器一般具有轴对称性，我们可以在二维平面中讨论这些设计。使用传统光学即使用旋转抛物面的设计方法如下：

如图1所示，二次反射镜2的面积大于聚光面8，一次反射镜1的旋转抛物面与二次反射镜2的旋转抛物面不同焦(6与7)，二次反射镜的焦点7在一次反射镜焦点6的上方，这样的设计，可采用二维平面图示。

在图1的设计中，由于二次反射镜2本身对直射太阳光3的阻挡，二次反射的光斑会在聚光面上留下盲区，这样的设计一般用于高倍聚光，但存在一个很大的设计缺陷，为了减少盲区，在许多设计中，在二次反射镜与聚光面之间添加了一个均光棒，这不但增加了成本，也更增加了光耗，另外，严格讲来，盲区还是不能被彻底消除。

使用传统光学所描述的旋转抛物面作为反射镜，不管如何改变反射面的尺寸，改变焦距或焦点位置，都不能够使二次反射镜反射后的光照以无盲区的完整均匀的方式覆盖在聚光面上，这样的光斑分布对于光伏发电是不利的，因为我们知道，非均匀的光照会使光伏电池的充满因子相应降低，电流阻抗增大，从而大大降低发电效率。

本发明旨在提供一种无均光棒的反射太阳能聚光器，克服了传统光学所描述的光学曲面的缺点，使反射光线能够以无盲区的完整均匀的方式覆盖在聚光面上，从而提高了聚光光伏器件的发电功率。

发明内容

本发明公开了一种无均光棒的反射聚光器，在具有二次反射镜的太阳能聚光器中，使用焦点不在中心轴上的一次反射镜，克服了传统的具有二次反射镜的太阳能聚光器会在聚光面上产生盲区的新的光学器件。此聚光器可用于高倍的太阳能聚光，无需均光棒，具有无盲区、光照均匀、成本低，发电效率高的优点。

本发明提供了一种无均光棒的反射式聚光器，包括中央开孔的一次反射镜，安装于该孔的光电器件形成一聚光面；用于反射一次反射镜的反射光线的二次反射镜，该聚光器具有一中心对称轴，所述一次反射镜是由一焦点不在中心轴上的抛物线段AB与其相对中心轴的对称线段一起绕中心轴旋转而成的旋转抛物面或一起沿垂直于该线段平面的轴延伸而成的抛物柱面，二次反射镜是由起点C在中心轴上的线段CD与其相对中心轴的对称线段一起绕中心轴旋转而成的旋转面或一起沿垂直于该线段平面的轴延伸而成的柱面；一次反射镜的中央开孔在二维平面内形成聚光线段AA′，聚光线段AA′的一个端点与抛物线段AB的一个端点A重合，聚光线段AA′的另一个端点A′为A点相对于中心轴的对称点，平行入射于一次反射镜的光线经过一次反射镜和二次反射镜后无盲区的均匀照射在聚光面上。

进一步的方案可以为第一种结构：设抛物线段A B的焦点F与抛物线段A

B落于中心轴同侧，二次反射线段CD与抛物线段AB落于中心轴两侧。

无盲区的均匀照射在聚光面上的第一种设计方式为：自一次反射抛物线段AB的A点反射的一次反射线经过二次反射线段C点反射到聚光线段AA′的A端点，即原路返回到A点，自抛物线段的B端点反射的一次反射线经过二次反射线段的D端点反射到聚光线段AA′的端点A′点。

第二种设计方式为：自一次反射抛物线段AB的A端点反射的一次反射线经过二次反射线段C点反射到聚光线段AA′的中点O点，自抛物线段的B端点反射的一次反射线经过二次反射线段的D端点反射到聚光线段AA′的A′端点。

第二种结构为：抛物线段A B的焦点F与抛物线段A B落于中心轴两侧，二次反射线段CD与抛物线段AB落于中心轴同侧。

进一步第三种设计方式为：自一次反射抛物线段AB的A点反射的一次反射线经过二次反射线段C端点反射到聚光线段AA′的A端点，即原路返回到A点，自抛物线段的B端点反射的一次反射线经过二次反射线段的D端点反射到聚光线段AA′的中点O点。

二维平面图中，以中心轴为Y轴，聚光线段AA′为X轴，两者交点O为原点，第一种结构中抛物线段AB可由下式表示：