CN102064225B - 一种前置鱼眼型弯月透镜组聚光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，是一种无需对日跟踪的太阳能聚光器。利用鱼眼结构的弯月形透镜组的超宽视场特性和主聚光器的聚集特性，实现无对日跟踪的太阳能聚集应用，属于太阳能聚集应用领域。该聚光器由鱼眼结构的弯月形透镜组、主聚光器、太阳能吸收部件组成。只要太阳在鱼眼结构的弯月形透镜组视场范围内，太阳光均可以入射弯月型透镜组，通过弯月形透镜组折射后，进入主聚光器，然后通过主聚光器侧面反射聚集，最终聚集到太阳能吸收部件上。

Description

一种前置鱼眼型弯月透镜组聚光器
技术领域
该发明涉及太阳能聚集应用领域，发明了一种用鱼眼结构的弯月形透镜组与主聚光器相联接实现的无对日跟踪的太阳能聚光器。利用鱼眼结构的弯月形透镜组的超宽视场角特性，鱼眼结构的弯月形透镜组光出射口与主聚光器光入射口相联接，使聚光器能接收来自宽视场方向的太阳光，实现无跟踪的太阳光聚集应用。该技术应用于聚集光伏发电领域，可以实现无对日跟踪的太阳能聚集光伏发电。
背景技术
在太阳能聚集应用中，通常的聚光方法有线聚集和点聚集两类，线聚集方法主要有采用平面、抛物面、各种U型面等镜面形式的槽型反射面将太阳能汇聚，形成一条“焦带”；点聚集主要有采用抛物面镜、镜面构成的光漏斗、菲涅耳透镜、各种凸透镜等方法实现汇聚，形成一个“焦斑”。
由于不同的时间，日照角度也不同，进入聚集器的太阳光的角度是不同的，太阳能聚集的位置也是不同的。为了实现聚集应用，太阳光聚集***通常采用对日跟踪方式，线聚集需对日单轴跟踪，点聚集需要进行双轴对日跟踪，通过对日跟踪装置，随太阳角度的变化调整聚集器的姿态，使太阳光始终聚集在吸收面上，以保证吸收利用，但跟踪装置的跟踪精度、跟踪的能量损耗、装置长期使用的可靠性变差等，影响太阳能利用***的整体性能。所以采用对日跟踪的方法虽然提高了太阳光聚集利用效率，但也增加了太阳光聚集***的制造、使用和维护成本，影响***长期使用的可靠性。
发明内容
为克服由于太阳能聚集***对日跟踪装置带来的缺点，本发明提出了一种利用鱼眼结构的弯月形透镜组和主聚光器相联接的方法，在主聚光器前端装置鱼眼结构的弯月形透镜组，主聚光器底部与太阳能吸收部件(如太阳能电池组件或热能吸收组件)联接。利用鱼眼结构的弯月形透镜组的超宽视场特性，宽视场方向的太阳光也可以进入，然后从鱼眼结构的弯月形透镜组的光出射口出射，再通过主聚光器的聚集，最终聚集在底部的太阳能吸收部件上，从而使聚集***无需对日跟踪。
该发明用于太阳能聚集光伏，总体设计如图1，上端为具有超宽视场的鱼眼结构的弯月形透镜组，其由一组鱼眼结构的弯月形透镜1按照共同的主光轴依次排列组成，下端为鱼眼结构的弯月形透镜组的太阳光出射口，与主聚光器2的光入射口相匹配联接，主聚光器底端是太阳能电池组件3，其将光能转换为电能。
本发明的主要特色
将鱼眼结构的弯月形透镜组的超宽视场的特点用于太阳能聚集应用，实现无跟踪的太阳能聚集应用，该聚光器可以用于太阳能聚集光伏应用和其它应用。
本发明的效益和应用前景
该发明提出了一种无需对日跟踪的太阳能聚光器，使用该类型的太阳能聚光器，无需对日跟踪，从而降低了太阳能聚集应用***使用维护成本，提高了***长期使用的可靠性；该发明还可应用于其他的光信号接收领域，实现无需跟踪装置的光信号接收***。
附图说明
图1总体设计
图2鱼眼结构的弯月形透镜组
图3主聚光器
具体实施方式
图1为前置鱼眼型弯月透镜组聚光器实现无跟踪的太阳能聚光器总体设计。鱼眼结构的弯月形透镜组1下端联接主聚光器2，主聚光器2下端联接太阳能光伏电池部件3。鱼眼结构的弯月形透镜组和主聚光器具有共同的主光轴。图1中所示带箭头光线分别示意太阳位于不同角度时的光线，经鱼眼结构的弯月形透镜组1、主聚光器2，最后都可以聚集在吸收部件3上。
图2为鱼眼结构的弯月形透镜组，其由一组弯月形透镜组成，其大的入射口径适合接受更多太阳光，鱼眼结构的弯月形透镜组的光出射口径为A1。具有超宽视场角的鱼眼结构的弯月形透镜组可以接收来自各方向的太阳光，如图2中所示带箭头折线分别示意太阳位于不同角度时的太阳光线，不同角度的太阳光可以通过不同的路径通过鱼眼结构的弯月形透镜组，然后从鱼眼结构的弯月形透镜组的光出射***出。
图3为主聚光器和太阳能接收部件，主聚光器结构可以为中空的面反射聚光器或实心的全内反射聚光器。主聚光器侧面形状可以使由直线、复合抛物线、双曲线或其他类型曲线绕主光轴(图3中Z1)回转形成。主聚光器太阳光接收角为2φ，φ小于30°，只有入射在2φ范围内的光线能被聚光器聚集到底部的接收部件。聚光器的入射口径(图3中A2)和鱼眼结构的弯月形透镜组的出射口径(图2中A1)相同。入射聚光器并满足聚光器接收角的光线，经聚光器内侧面反射聚光后，聚集到底部的太阳能光伏电池部件2。光伏电池将太阳光转换为电能并输出。

Claims (6)

1.一种前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，是一种无对日跟踪装置的超宽视场太阳能聚光器，包括鱼眼结构的弯月形透镜组、主聚光器，太阳能接收部件，其特征是：所述鱼眼结构的弯月形透镜组由沿共同的主光轴依次排列的折射率在1至5之间的高透光材料透镜组成，具有超宽视场，鱼眼结构的弯月形透镜组光出射口与主聚光器光入射口相匹配联接，太阳光依次通过鱼眼结构的弯月形透镜组和主聚光器，从主聚光器上端入射，由主聚光器内侧面反射聚集，从主聚光器下端射出，由太阳能接收部件吸收利用。
2.根据权利要求1所述的前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，所述的主聚光器结构为中空的面反射聚光器或实心的全内反射聚光器。
3.根据权利要求1所述的前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，所述的主聚光器内侧面形状是由直线、复合抛物线、双曲线绕主光轴回转形成。
4.根据权利要求1所述的前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，所述的主聚光器的太阳光接收入射角为2φ，φ小于30°。
5.根据权利要求1所述的前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，所述的太阳能接收部件和主聚光器光出射口大小相同。
6.根据权利要求1所述的前置鱼眼型弯月透镜组聚光器，所述的太阳能接收部件是太阳能光伏部件或太阳能热利用部件。
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