CN103836807A

CN103836807A - 一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器

Info

Publication number: CN103836807A
Application number: CN201210473637.3A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 李尚俊; 刘永久
Original assignee: CHANGZHOU MATIKER ENERGY SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU MATIKER ENERGY SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明提出了一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，包括两个曲面聚光板、反射层、真空管、支架和同轴空心座；两个所述曲面聚光板设置在所述支架上，所述同轴空心座与所述支架钢性连接，并位于两个曲面聚光板之间；所述真空管固定在所述同轴空心座内孔；所述反射层设置在所述曲面聚光板的表面。本发明减少聚光器的反光面积，并增大南北方向采光角度，不进行光跟踪就可以全天收集90°高度角范围的太阳光；降低了产品成本，减少故障率，便于安装和维修维护；适合于以圆柱形为吸热体的真空管太阳能聚光集热，形成中低温集热输出，并可以方便的组成大型中低温太阳能集热阵列。

Description

一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器

技术领域

本发明涉及太阳能聚光器技术领域，特别是指一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器。

背景技术

众所周知，用在太阳能光热领域的复合抛物线聚光器，是利用渐开线、抛物线、直线等合理组成，用来增大收集太阳光的面积，达到提高转换温度的单元部件。聚光器可以单独使用，也可以组成大型聚光阵列形成聚光***。图1是这种聚光器的截面形状，它是由一组以真空管吸热圆为基圆的对称的渐开线与一组对称的抛物线组成，对称轴为Yo，F1、F2是渐开线与抛物线的结合点，同时也是抛物线的焦点；F1、F2之间的距离为d1，d1是一组渐开线的底部开口宽度，聚光器上部一组抛物线的开口宽度为d2，高度为h，最大采光半角为θ。图2是这种复合聚光器阵列；由图1、2可见，真空管多数情况下安装时，真空管轴向沿东西向水平布置，开口朝向太阳光，照射到2θ角度以内的太阳光，经过直射或者反射后，汇聚到到吸热圆上，其吸光角度比较小。使用中发现该复合聚光器存在许多不足之处，如图3、图4中，首先，尽管d2＞d1，当太阳光S实际入射角α大于θ时，经过反射后成为S2逃逸，因此，必须进行光跟踪才能可靠收集阳光；二是即使是在采光角范围内，等效的开口宽度d′小于d2，只是收集了安装宽度L的一部分，单位面积的采光效率较低；三是为避免前后聚光器遮挡光线，两个聚光器前后还要保持一定的距离M，这样更增加了占地面积，增加了支架材料。

因此，一种具有采光效率高，无需光跟踪，占地面积小的横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器的出现很有必要了。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，在于提供一种具有采光效率高，无需光跟踪，占地面积小的横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，包括两个曲面聚光板、反射层、真空管、支架和同轴空心座；

两个所述曲面聚光板设置在所述支架上，所述同轴空心座与所述支架钢性连接，并位于两个曲面聚光板之间；所述真空管固定在所述同轴空心座内孔；所述反射层设置在所述曲面聚光板的表面，用以反射阳光。

作为优选的技术方案，所述曲面聚光板由渐开线聚光板和单侧抛物线聚光板组成。

作为优选的技术方案，所述渐开线聚光板的渐开线的基圆是所述真空管的内圆管，渐开线的极坐标方程为：

r_k＝r/cosα；

其中，r_k是向径，α是压力角，r为内圆管外圆半径；

所述渐开线的一支为顺时针展开所得，展开角为φa＝π±π/18，另一支逆时针展开所得，展开角为φb＝π-ω，其中0＜ω＜π/4。

作为优选的技术方案，所述单侧抛物线聚光板的抛物线方程为：

X²＝4fY1：

其中，f为焦距；

所述抛物线以焦点为轴心沿逆时针方向旋转β角，并与展开角为φb的渐开线相接于外端点B；

所述抛物线的焦点是所述外端点B与基圆圆心O连线延长线与展开角为φa的渐开线上的相交点A，所述外端点B与相交点A之间的距离为D1，

所述焦距f＝D1/2(sinβ+1)，其中β为采光半角，且π/6＜β＜π/4。

作为优选的技术方案，所述反射层是厚度为0.3mm～0.5mm的塑料镜面，所述反射层附着在所述曲面聚光板上。

作为优选的技术方案，所述同轴空心座通过调节杆与所述支架连接，用以调节所述同轴空心座上。

作为优选的技术方案，所述曲面聚光板的材质为硬质可弯曲材料；所述曲面聚光板的表面光滑。

作为优选的技术方案，在所述曲面聚光板的最低点开有多个的洗尘孔，所述洗尘孔的直径为8mm～12mm。

作为优选的技术方案，所述多个聚光器组合形成中低温太阳能集热阵列。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用双侧不等展开角的一组不对称渐开线与单侧抛物线非对称结合，与常见聚光器相比，减少聚光器的反光面积，并增大南北方向采光角度，不进行光跟踪就可以全天收集90°高度角范围的太阳光；大幅度降低了产品成本，减少故障率，便于安装和维修维护；

(2)本发明的聚光器适合于以圆柱形为吸热体的真空管太阳能聚光集热，形成中低温集热输出，并可以方便的组成大型中低温太阳能集热阵列。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是常见复合聚光器结构原理；

图2是常见复合聚光器水平安装布置图；

图3是常见复合聚光器光路分析图；

图4是常见复合聚光器不遮光结构图；

图5是本发明的截面结构图；

图6是本发明的安装布置结构图；

图7是本发明的渐开线几何结构尺寸图；

图8是本发明的聚光槽采光原理结构图；

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图5-6所示：一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，包括渐开线聚光板1、单侧抛物线聚光板2、真空管3、反射层4、支架5、同轴空心座6、洗尘孔7和调节杆8。其中渐开线聚光板1和单侧抛物线聚光板2上附着有反射层4，渐开线聚光板1和单侧抛物线聚光板2与支架5刚性连接，同轴空心座6与支架5钢性连接，并位于两个聚光板1、2之间，真空管3固定在同轴空心座6内孔上，同轴空心座6与调节杆8钢性连接，调节杆8与支架5钢性连接，渐开线聚光板1的的最低点开有多个的洗尘孔7，优选的所述洗尘孔7的直径为8mm～12mm。。

本发明中所述反射层4为厚度为0.3mm～0.5mm的塑料镜面，并附着在所述曲面聚光板上；所述支架5、同轴空心座6是由金属材料制作；所述聚光板1、2的材质为硬质可弯曲材料，且其表面光滑。

参见图6所示，多个聚光器纵向中轴线沿东西向水平放置，聚光板1、2有支架5定位，组成中低温太阳能集热阵列，主要适合太阳光高度角的变化，采光角范围为90°。由于聚光器采用单侧抛物线聚光板2，它可以收集上部90°高度角以内的所有入射光并反射到真空管3或者反射到聚光板1；与常见双侧抛物线复合聚光器相比较，减少了一个上半支抛物线聚光板，大幅度减少了材料陈本。当抛物线聚光板2在排列时与前面一组聚光器的渐开线聚光板1搭接，没有漏光区间，两个聚光器之间的距离M等于聚光器的开口宽，因此在相同空间具有较大的采光利用率，便于安装。

参见图7所示，是以真空管内管外直径r为基圆的渐开线几何结构，从图中可见，渐开线的极坐标方程为：r_k＝r/cosα；r_k是向径，α是压力角；其中一支是顺时针展开所得，一支逆时针展开所得，顺时针展开角度较大，展开角在φa＝π±π/18范围取值，逆时针展开角度较小，展开角为φb＝π-ω，其中0＜ω＜π/4。图中可见，由于两支渐开线的展开角不相等，相对于以起始点与圆心的连线为Y轴的坐标，不再是对称结构。

参见图7所示，过渐开线端点B经过基圆圆心0直线与渐开线相交于一点A，几何关系有两点之间直线长度为D1，

D1即为聚光器的一次反射开口，入射到抛物线聚光板的光线都会反射到这个区间。

参见图8所示，选取平行于AB的直线为Xo轴，过A点垂直于AB的直线为Yo轴，以A点为焦点，以f＝D1/2(sinβ+1)为焦距，做抛物线，然后以焦点A为轴心，逆时针旋转β角，轴Yo转动到Y1的位置，抛物线与渐开线相交于B点，这样一非对称单抛物线复合曲线就是聚光器的反射层4的几何型线。点抛物线上Kb的位置决定抛物线的弧长，是基于Kb与A的连线与水平线之间的夹角，也是聚光器的最低采光角。使用安装时聚光器的Y1轴向上垂直90°角。

参见在图8所示，根据边缘点聚光特性，在Kb点SO到S1范围内的入射光都收集到AB开口之内，有的直射到真空管3，有的经过渐开线内的反射层4反射后射到真空管；当入射光在小于S1入射角时，不在经过抛物线聚光板，而是直入热射到AB开口之内。由于太阳能的高度一般在90°角范围内，因此聚光器不需要光跟踪即可全天收集太阳光。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，包括两个曲面聚光板、反射层、真空管、支架和同轴空心座；

两个所述曲面聚光板设置在所述支架上，所述同轴空心座与所述支架钢性连接，并位于两个曲面聚光板之间；所述真空管固定在所述同轴空心座内孔；所述反射层设置在所述曲面聚光板的表面。

2.根据权利要求1所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述曲面聚光板由渐开线聚光板和单侧抛物线聚光板组成。

3.根据权利要求2所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述渐开线聚光板的渐开线的基圆是所述真空管的内圆管，渐开线的极坐标方程为：

r_k＝r/cos d；

其中，r_k是向径，d是压力角，r为内圆管外圆半径；

4.根据权利要求2或3所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述单侧抛物线聚光板的抛物线方程为：

X²＝4fY1：

其中，f为焦距；

D 1 = \sqrt{r^{2} + R_{a}^{2}}

+ \sqrt{r^{2} + R_{b}^{2}};

5.根据权利要求1所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述反射层是厚度为0.3mm～0.5mm的塑料镜面，所述反射层附着在所述曲面聚光板上。

6.根据权利要求1所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述同轴空心座通过调节杆与所述支架连接。

7.根据权利要求1所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述曲面聚光板的材质为硬质可弯曲材料；所述曲面聚光板的表面光滑。

8.根据权利要求1所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，在所述曲面聚光板的最低点开有多个的洗尘孔。

9.根据权利要求8所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，所述洗尘孔的直径为8mm～12mm。

10.根据权利要求1所述的一种横轴式非对称单抛物线复合免跟踪太阳能聚光器，其特征在于，多个所述聚光器组合形成中低温太阳能集热阵列。