CN111964283A - 一种线性菲涅尔式聚光器 - Google Patents

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吴泽睿
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Abstract

本发明是一种线性菲涅尔式聚光器，含有一次反射镜、二次聚光器，二次聚光器内部是集热管、二次反射镜，二次反射镜外部设有保温层，开口处有玻璃盖板，玻璃盖板表面有光谱选择性反射膜，集热管是表面镀有光谱选择性吸收膜的金属管，玻璃盖板上的光谱选择性反射膜由缓冲层、红外反射层、可见光的减反射层、增透膜层构成，玻璃盖板内表面是缓冲层、红外反射层，缓冲层或红外反射层之上是增透膜层，外表面是可见光的减反射层。有益效果：取消了玻璃真空管，可实现无间隙安装。玻璃盖板消除了对流热损失。光谱选择性反射膜降低了热辐射损失。用金属管成本急剧下降，显著降低了建设及运维成本。

Description

一种线性菲涅尔式聚光器
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，涉及线性菲涅尔式聚光器。
背景技术
太阳能光热技术是目前成熟的、应用广泛的新能源技术。其中线性菲涅尔式太阳能集热技术是近些年发展起来的，具有结构简单、***建设成本低、可靠性高、占地较少、热效率高等特点，具有广阔的市场应用前景。
目前，国内外的线性菲涅尔式太阳能聚光器普遍在金属集热管外套有一层玻璃管，夹层为真空环境，导致金属集热管与二次反射镜之间有一定的距离，降低了二次反射镜的聚光比，影响了线性菲涅尔式太阳能***的光学效率，而且真空管的制造成本较高，容易破碎，不便于安装及清洗，运维成本很高。同时，因为二次聚光器有开口，热损失较大。
发明内容
本发明为解决上述存在的问题，提出一种线性菲涅尔式聚光器。
本发明的技术方案：一种线性菲涅尔式聚光器，含有一次反射镜、二次聚光器，二次聚光器内部是集热管、二次反射镜，二次反射镜外部设有保温层，开口处有玻璃盖板，玻璃盖板表面有光谱选择性反射膜，集热管是表面镀有光谱选择性吸收膜的金属管，玻璃盖板上的光谱选择性反射膜由缓冲层、红外反射层、可见光的减反射层、增透膜层构成，玻璃盖板内表面是缓冲层、红外反射层，缓冲层或红外反射层之上是增透膜层，外表面是可见光的减反射层；所述缓冲层构成物质为硬质Al2O3或Si3N4或TiO2或TiN4中的一种，所述红外反射层构成物质为AZO（即ZnO中掺杂2wt%的 Al2O3）或Si3N4或ITO中的一种，所述可见光的减反射层、增透膜层构成物质为硬质SiO2或Si3N4中的一种。
所述玻璃盖板与二次反射镜是密封的，构成密闭腔室，腔室内是抽真空或充气体。
优选的是：腔室内充有空气或氮气。
优选的：玻璃盖板的基板是高硼硅玻璃。
进一步的在于：集热管安装在二次反射镜的焦线处并与二次反射镜之间为无间隙安装。
本发明的有益效果：取消了玻璃真空管，使金属集热管能够更加靠近二次反射镜顶端，可实现无间隙安装，提高了二次反射镜的聚光比，从而使更多的光线能够到达集热管上，显著提升了二次聚光器的光学效率。增加了一块镀有光谱选择性反射膜的玻璃盖板，与二次反射镜形成了密闭腔体，消除了对流热损失。光谱选择性反射膜效果好，对380-800nm可见光，透过率＞90%，当波长超过2500nm时，反射率＞85%，由于光谱选择性反射膜的特性，降低了热辐射损失。最终，提升了光学效率，降低了热损失，提升了***效率。真空集热管更换为金属管成本急剧下降，显著降低了建设及运维成本。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是二次聚光器截面示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，聚光器由一次反射镜1、二次聚光器2、保温层3和表面镀有光谱选择性反射膜的玻璃盖板4构成；其中二次聚光器由表面镀有光谱选择性吸收膜的金属质的集热管5和二次反射镜6构成。
所述的玻璃盖板上层镀有光谱选择性反射膜，其结构由内到外依次为SiO2层/AZO层/Al2O3层/基底/SiO2层，其特性为对可见光高透过率（T≥90%）、中红外反射率＞85%，高反射及低辐射率（ε100℃≤0.10），宽度为440mm。基底选用高硼硅玻璃，厚度为4mm。
二次反射镜的形状为复合抛物面聚光器（CPC），反射面弧长为760mm，最大接受半角为45°，镜面反射率为94%。
集热管5外直径为90mm，厚度为3mm，吸收率为0.95，红外发射率ε550℃≤0.15，集热管圆心距离一次镜中心平面的距离为9.8m。
二次反射镜与玻璃盖板之间的密闭空间充有空气。
二次聚光器保温层的结构为用铁皮包裹的Al2SiO5，厚度为200mm。
具体的，以兰州地区为例，纬度为36°03′，装置水平安装，一次反射的宽度为800mm，相邻边缘间距为270mm，共20列，反射镜截面面型为半圆形，半径为12m。
太阳光经一次镜反射后透过玻璃盖板进入CPC中，经CPC反射到集热管上。
与普通聚光器相比，取消了玻璃真空管，降低了成本，将聚光器的光学效率提高了8%；增加了镀有光谱选择性反射膜的玻璃盖板，与二次反射镜形成密闭腔体，消除了对流热损失，辐射热损失降低了22%，整体热损失降低了69.5%。***效率提高了12%。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，选择另一种光谱选择性反射膜。
玻璃盖板上的光谱选择性反射膜，其结构由内到外依次为SiO2层/CN层/Al2O3层/基底/SiO2层，其特性为可见光高透过率（T≥90%）、红外高反射及低辐射率（ε100℃≤0.10），宽度为440mm。基底选用高硼硅玻璃，厚度为4mm。
与普通聚光器相比，光学效率提高了8%；辐射热损失降低了20%，整体热损失降低了65%。***效率提高了9%。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，选择另一种光谱选择性反射膜。
玻璃盖板上镀有光谱选择性反射膜，其结构由内到外依次为SiO2层/AZO层/Al2O3层/基底/SiO2层，其特性为可见光高透过率（T≥90%）、红外高反射及低辐射率（ε100℃≤0.10），宽度为440mm。基底选用高硼硅玻璃，厚度为4mm。
与普通聚光器相比，光学效率提高了8%；辐射热损失降低了21.2%，整体热损失降低了68.5%。***效率提高超过了10%。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上，选择另一种光谱选择性反射膜。
玻璃盖板上镀有光谱选择性反射膜，其结构由内到外依次为Si3N4层/ITO层/ TiO2层/基底/Si3N4层，其特性为可见光高透过率（T≥90%）、红外高反射及低辐射率（ε100℃≤0.10），宽度为440mm。基底选用高硼硅玻璃，厚度为4mm。
与普通聚光器相比，光学效率提高了8%；辐射热损失降低了21.3%，整体热损失降低了68.8%。***效率提高了10.8%。
实施例5
本实施例在实施例1的基础上，选择另一种光谱选择性反射膜。
玻璃盖板上镀有光谱选择性反射膜，其结构由内到外依次为SiO2层/Si3N4层/TiN4层/基底/SiO2层，其特性为可见光高透过率（T≥90%）、红外高反射及低辐射率（ε100℃≤0.10），宽度为440mm。基底选用高硼硅玻璃，厚度为4mm。
与普通聚光器相比，光学效率提高了8%；辐射热损失降低了20.8%，整体热损失降低了66.8%。***效率提高了9.5%。
实施例6
本实施例在实施例1的基础上，选择另一种光谱选择性反射膜。
玻璃盖板上镀有光谱选择性反射膜，其结构由内到外依次为SiO2层/ITO层/Si3N4层/基底/SiO2层，其特性为可见光高透过率（T≥90%）、红外高反射及低辐射率（ε100℃≤0.10），宽度为440mm。基底选用高硼硅玻璃，厚度为4mm。
与普通聚光器相比，光学效率提高了8%；辐射热损失降低了21.6%，整体热损失降低了69%。***效率提高了11%。
本发明未尽事宜为公知技术。
最后需要说明的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种线性菲涅尔式聚光器，含有一次反射镜（1）、二次聚光器（2），二次聚光器（2）内部是集热管（5）、二次反射镜（6），二次反射镜（6）外部设有保温层（3），开口处有玻璃盖板（4），其特征在于：玻璃盖板（4）表面有光谱选择性反射膜，集热管（5）是表面镀有光谱选择性吸收膜的金属管，玻璃盖板（4）上的光谱选择性反射膜由缓冲层、红外反射层、可见光的减反射层、增透膜层构成，玻璃盖板内表面是缓冲层、红外反射层，缓冲层或红外反射层之上是增透膜层，外表面是可见光的减反射层；所述缓冲层构成物质为硬质Al2O3或Si3N4或TiO2或TiN4中的一种，所述红外反射层构成物质为AZO或Si3N4或ITO中的一种，所述可见光的减反射层、增透膜层构成物质为硬质SiO2或Si3N4中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔式聚光器，其特征在于：玻璃盖板（4）与二次反射镜（6）是密封的，构成密闭腔室，腔室内是抽真空或充气体。
3.根据权利要求2所述的一种线性菲涅尔式聚光器，其特征在于：腔室内充有空气或氮气。
4.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔式聚光器，其特征在于：玻璃盖板（4）的基板是高硼硅玻璃，厚度为4mm。
5.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔式聚光器，其特征在于：集热管（5）安装在二次反射镜（6）的焦线处并与二次反射镜（6）之间为无间隙安装。
6.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔式聚光器，其特征在于：保温层（3）结构为用铁皮包裹的Al2SiO5，厚度为200mm。
7.根据权利要求1所述的一种线性菲涅尔式聚光器，其特征在于：集热管（5）外直径为90mm，厚度为3mm，吸收率为0.95，红外发射率ε550℃≤0.15。
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