[实用新型]一种曲面聚光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能收集设备，具体涉及一种聚合阳光的光收集装置。 

背景技术

在很多太阳能应用中，对阳光进行聚合是一个重要环节。目前，对阳光的聚合从效果分，有线聚焦和点聚焦两种。两者相比，点聚焦实现的聚合比例更高，因此使用范围更广。当前，利用旋转抛物面的跟踪系统是效率最高的点聚光系统之一，得到广泛使用。但是，大面积的旋转抛物面的制作成本高，成为制约此类应用普及发展的主要因素之一。 

而且，现有的聚焦系统中，聚焦点位置不固定，给太阳能能量接收端一端带来运动负担。 

发明内容

如何能够不使用大面积旋转抛物面，而使用更简单易加工的镜面实现点聚焦，并且聚焦位置固定，这是本发明要解决的课题。 

为了解决上述技术问题，具体的，本发明提供了一种聚光装置，包括反光装置、机械转动装置、电机传动机构、控制单元、能量接收端和支架，其中机械转动装置、电机传动机构和控制单元带动反光装置跟踪发光天体的运行轨迹，将自然光聚合后投向位于指定区域的能量接收端，达到收集能量的目的，所述反光装置为凹面具备反射功能的两个反光抛物柱面（1，2）。 

优选地，所述支架包括固定框架（8）、旋转框架（10）和曲轴（9），所述两个反光抛物柱面（1，2）固定在固定支架（8）上，固定支架（8）固定在曲轴（9）上，曲轴（9）连接到旋转框架（10）上。 

优选地，所述旋转框架（10）上还装有俯仰电机及传动系统（11），所述固定框架（8）和安装在其上的所述反光抛物柱面（1，2）在俯仰电机及传动系统（11）的带动下绕曲轴（9）的直线轴旋转。 

优选地，所述旋转框架（10）、曲轴（9）、固定框架（8）和所述反光抛物柱面（1，2）整体在方位电机及传动机构（14）的带动下绕旋转框架的中心轴线（15）旋转。 

优选地，在旋转框架（10）顶端放置能量接收端（16）。 

优选地，所述两个反光抛物柱面以特定相对位置方式连接固定形成“对镜”，二者相对位置固定。 

优选地，所述对镜中两个反光抛物柱面的特征的几何学表达是：在一个三维直角坐标系XYZ中，令一级柱面反射镜的方程式是Z=X^2/4f，其中f为该抛物线方程的焦距。则根据定义，在Y=0平面内，一级柱面反射镜的准线S的方程也为Z=X^2/4f，其焦点为F1(0,0,f)；则有一条经过点F1的平面X=0的法线P。在X=0的平面内，以P为准线，以点F2(0,0,f-2r)为焦点，有方程为Z=-Y^2/4r+f-r的抛物线T，其中r为抛物线T的顶点与法线P之间的距离。以T为准线，以一平行于X轴的直线为母线沿T滑动，形成二级柱面反射镜，其方程为Z=-Y^2/4r+f-r。“ 

优选地，“对镜”以一条经过焦点F2且平行于一级柱面反射镜的母线的直线为水平轴,在控制器控制下自动旋转实现对太阳的俯仰跟踪。 “对镜”和水平轴以经过点F2的平面Z=0的法线为竖轴在控制器控制下自动旋转实现对太阳的方位跟踪。系统于“对镜”的焦点F2处放置一能量接收端。 

经光路矢量分析，作者发现平行光经过旋转抛物面反射并聚焦的过程，可以分解为先后两个正交矢量方向上的聚焦过程，而且在其中每个矢量方向上聚焦的过程仅涉及抛物柱面。因此，当一束光经过两个抛物柱面的相继反射后，可以被聚合在一个点。 

这两个抛物柱面于是实际上组成了一对镜面，被称为“对镜”。每一幅“对镜”有一个焦点，并且是唯一的焦点。本发明实现了通过对“对镜”的姿态控制，使其追踪太阳的运行轨迹，保证阳光聚焦点位置固定不动，始终停留在太阳能能量接收端上。 

本发明的两大优点是：一、无需使用旋转抛物面，而仅使用抛物柱面，大幅降低了制造成本；二、聚焦点位置固定，因此免除了太阳能能量接收端一端的运动负担。 

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

图1是根据本发明的两个反光抛物柱面（“对镜”）在一个三维坐标系中的构造示意图； 

图2a和2b是与图1对应的“对镜”的两个侧视图； 

图3a和3b解释了根据本发明的一个实例应用； 

图4a和4b解释了在根据本发明的一个实施例中的“对镜”系统如何聚焦太阳光； 

具体实施方式

图1所示为两个抛物柱面：一级抛物柱面反射镜1和二级抛物柱面反射镜2，即“对镜”，在一个三维坐标系XYZ中的构造示意图。