[发明专利]一种太阳能热/电联合聚集光路方法

说明书

本发明公开了一种太阳能热/电联合聚集光路方法，涉及光学领域及太阳能利用领域，该热/电联合聚集光路方法基于光线矢量传输原理的，使得一次镜自由面聚集器接受面上的能流分布能够满足不同场合下的特定需求，实现了对太阳能分光利用的灵活调控，并利用与一次镜相匹配的热电联合接收器来实现对全区域聚集能流的高效利用，解决了能流利用率不高和转换效率低的问题，由于设计的一次镜自由面聚集器加工难度较低，热/电联合聚光系统的结构简单，因此本发明中的反射式热/电联合聚光系统具有结构紧凑、加工成本低、系统稳定性高、可靠性强、总能量利用率高的基本属性。

技术领域

本发明涉及光学领域，更具体的涉及一种太阳能热/电联合聚集光路方法。

背景技术

太阳能的充分利用对节能减排、促进可持续发展起重要作用。而太阳能流密度低、具有动态间歇性质，聚光太阳能(CSP)系统将大面积太阳辐射能量汇聚在较小的范围，达到对高密度能量有效转化的目的。

传统的太阳能聚集系统普遍基于几何光学理论对二次曲面进行建模，将平行入射光线直接汇聚在焦点，是目前CSP系统的主要形式。而自由曲面没有固定的表达式，在对其构建的过程中往往以目标接收能流分布为依据进行反向设计，因此对聚集太阳能束传输的控制能力更强。自由曲面可视为由许多曲面片在满足一定的连续性条件下构成的，对每一个面片通常采用B样条(NURBS)曲线等数学式来进行描述，因此具有极高的设计自由度，被广泛应用于太阳能利用及成像/非成像光学领域。目前，自由曲面光学技术已日趋成熟，普遍用于光学工程领域，相比于传统光学元件，自由曲面元件能够实现光路系统的紧凑化、小型化和轻量化。

自由曲面技术是在近几年进入到太阳能利用领域，目前还处于研发阶段，没有实现量产商业化，但通过发展新型自由曲面聚光器件，可以为聚光光伏电池提供均匀性相当优异的能流分布，大幅提升了系统效率、紧凑度和容差性能，具有很大潜力。该技术在太阳能领域上应用很少，仍有待开发。传统太阳能碟式聚集系统获取的高斯能流分布，其特点是越靠近中心位置处能流值越高，靠外侧能流明显降低。在实际应用中，为保证密封和安全性，太阳能吸热腔体的入口面积有限，很多时候不能接收全部光斑的能量，因此会对其进行截取，舍去外侧的聚集光斑能量，造成了资源的浪费。

发明内容

本发明实施例提供一种太阳能热/电联合聚集光路方法，用以解决现有技术中造成资源的浪费的问题。

本发明实施例提供一种太阳能热/电联合聚集光路系统方法，包括以下步骤：

S1、起始和目标接收点的离散映射；

S2、自由面离散点的求解；

S3、自由曲线重构；

S4、自由曲面生成。

较佳地，将采用如下公式(1)进行起始和目标接收点的离散映射：

其中，y表示各离散点的y坐标距离，n表示划分分数，i为序列，下标s和t分别表示发射和目标接收区域，k代表吸热区和聚光光伏区之间的分光节点。

较佳地，所述步骤S1，各离散点需要满足关系式z²＝y²/4f；

其中，f为一次镜自由面聚集器焦距，为满足特定光伏分光占有比w的要求，分光节点还需满足以下公式：

其中，R_max为一次镜自由面聚集器的最大半径，R_min为一次镜自由面聚集器的最小半径。

较佳地，所述步骤S2：自由面离散点的求解包括