[发明专利]高次柱面反射型太阳能聚光镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射并聚焦太阳光束在一窄线段上的高次柱面反射镜装置，属于太阳能利用领域。

背景技术

收集和汇聚太阳光的聚光镜是利用太阳能的关键部件，在太阳灶以及利用太阳能点火装置中广泛应用。太阳能聚光镜按其聚光的方式可分为透射式聚光镜和反射式聚光镜，这两种聚光镜在各自领域中有不同的应用。聚光镜不仅要对镜面的材料进行选择，还要对几何形状进行设计。

反射式聚光镜面设计，大都采用旋转抛物面的聚光原理。旋转抛物面聚光镜是按照阳光从主轴线方向入射，光束聚焦在抛物线的焦点处，所以在焦点上的太阳灶或者点火装置会遮挡部分入射光束，直接影响太阳能利用效率。为了不遮挡入射光路，目前，我国大部分太阳能聚光镜的设计采用了偏轴聚焦。

偏轴聚焦就是使入射光束与旋转抛物面的主轴成一定的夹角，从而使聚焦点离开主轴。但是离开主轴后形成的不是焦点而是一个散斑，散斑的形状随光线与主轴的夹角而变化，因此为了控制焦斑的形状，又要对旋转抛物面进行改造，有的将抛物面分割成若干段的反射镜，光学上称之为菲涅耳镜，也有把菲涅耳镜做成连续的螺旋式反光带片，俗称“蚊香式太阳灶”，这又给聚光镜面的制作带来一定困难。因此高聚光效率与简单的加工工艺不能兼顾。

影响聚光器性能的因素较多，主要因素如下：①聚光器的几何形状；②聚光器加工工艺的难易程度；③聚光器材料的选择；④聚光器的焦点位置。

发明内容

本发明公开了一种高次柱面反射型太阳能聚光镜，克服了现有技术存在的聚光镜面制作困难，焦斑不易控制的问题，用高次柱面汇聚太阳能，太阳能利用率高，加工工艺简单，形成窄线形光斑，可作为新型强光源。

本发明的技术方案为：

高次柱面反射型太阳能聚光镜，它是一个对太阳光束高反的高次柱面。此高次柱面可以由金属磨制而成，也可以由铺设在高次柱面上的对太阳光高反的镀铝聚酯薄膜构成。

  高次柱面分为两上下部分的，其方程都为：

                         (1)

该柱面的母线平行于Oz轴。其中x，y，z为直角坐标系的三个坐标量，x为曲面的弯曲量。L为高次柱面的高，可以根据需要任意选择。0≤z≤L，z一定时，式（1）是高次曲线，C为高次曲线顶点的曲率，为高次曲线方程(1)的系数，是与二次曲线的离心率有关的常数。当入射太阳光束平行于XOY面以与x轴成θ(=25.5⁰)的角度照射到高次柱面内壁上时（沿光线行进方向上的单位向量），通过适当设置高次柱面方程的参数,与C，可以使入射到高次柱面上的太阳光束全部聚焦在一条过P′(x′, x′tanθ, z)点且与母线平行的宽度很窄的线段上。任一反射光线上一点P′′(x′, y′′, z)，当z一定时，y′′与x′的关系为

 

这里x, y为入射光线在反射镜面上的投射点的坐标值，为反射光线单位矢量在X轴和Y轴上的分量，x′为聚焦点在X轴上的目标值，可以根据实际需要设置，在本发明中设置为x′=-50cm。

,  , 其中

上面三式中，I为入射角，为光线入射点处的单位法矢量在X轴和Y轴上的分量。当一定时，I,是高次柱面方程参数,,C的函数，亦即是高次柱面方程参数,,C的函数，适当选择这些参数可以使P′′(x′, y′′, z)逼近P′(x′, x′tanθ, z)，从而使反射光线都聚焦在一线段附近，形成一很细的线段型光斑。