專利名稱：基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置。
背景技術(shù)：
全球太陽能輻射總量約1.7X IO17W,其中我國約占1% (1.8X IO15W,相當(dāng)于1. 9萬億噸標(biāo)煤/年)，是我國目前年能耗總量的680倍。電力是世界上消耗量最大的二次能源， 太陽能發(fā)電技術(shù)是緩解當(dāng)前能源危機的有效手段，應(yīng)用前景極廣。太陽能發(fā)電技術(shù)主要分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩大類。光伏發(fā)電主要是利用光伏電池板的光電效應(yīng)進行發(fā)電。該技術(shù)目前主要存在三大缺點(1)發(fā)電功率隨太陽光強度變化而變化，在晚上和陰雨天完全不能發(fā)電，對電網(wǎng)沖擊大；(2)太陽光流密度低，單位發(fā)電容量所需的光伏電池板面積大，而光伏電池板制造過程污染嚴(yán)重、成本很高；(3)光伏電池板對太陽能光譜的響應(yīng)波段主要集中在高頻短波區(qū)域(400 < λ < 1100 nm)，低頻長波區(qū)域的能量則大部分轉(zhuǎn)化為熱量，致使光伏電池板溫度升高、光電轉(zhuǎn)換效率降低、使用壽命縮短。采用聚光光伏發(fā)電方法可以成倍減少光伏電池板的使用面積、采用薄膜分頻方法將太陽光中的低頻長波分離后再照射光伏電池板，是目前光伏發(fā)電技術(shù)的兩個重要方向；對于晝夜不連續(xù)的問題，光伏發(fā)電技術(shù)本身難以克服，主要依靠蓄電池或蓄能發(fā)電系統(tǒng)(如蓄能水電站等)配套補充，成本很高。光熱發(fā)電技術(shù)是主要是利用拋物面反射鏡(或菲涅爾鏡)將太陽光聚集起來，通過光熱轉(zhuǎn)換及換熱裝置產(chǎn)生蒸汽或加熱流體驅(qū)動發(fā)動機(如汽輪機、斯特林機等)進行發(fā)電； 其優(yōu)點在于該技術(shù)可吸收全波段的太陽光、可通過蓄熱實現(xiàn)晝夜連續(xù)發(fā)電。拋物面反射鏡主要分為槽式、塔式和碟式三大類。其中，槽式鏡是將太陽光聚集在一條與鏡面平行的線上，該技術(shù)只對太陽光進行一維跟蹤，太陽能利用效率較低。塔式聚光通常是利用數(shù)千(或更多)個定日鏡將太陽光聚集在高塔頂端的集熱器上，該系統(tǒng)占地面積大，每個定日鏡的方位和曲面都不相同，控制系統(tǒng)復(fù)雜。碟式聚光通常由整體旋轉(zhuǎn)拋物鏡面或多面鏡子組成，可將太陽光聚集在一個小面積內(nèi)，占地面積和聚光比靈活可調(diào)，是當(dāng)前發(fā)展的重要方向；當(dāng)前的碟式聚光發(fā)電系統(tǒng)需要將斯特林發(fā)電機安裝在碟式鏡的焦點上，而斯特林發(fā)電機很重， 這就大大增加了追日時的系統(tǒng)能耗，同時明顯降低了系統(tǒng)平衡性和抗風(fēng)性能。從目前的技術(shù)指標(biāo)來看，聚光光伏發(fā)電與碟式光熱發(fā)電的峰值效率都可達(dá)到30% 左右。如果能夠采用聚光分頻方法，將聚光光伏發(fā)電(利用高頻短波)與碟式光熱發(fā)電(利用低頻長波)結(jié)合起來，不僅可以實現(xiàn)晝夜連續(xù)發(fā)電，而且總體發(fā)電峰值效率可達(dá)到45%左右；如果能夠?qū)⒕酃獾慕拱邚目罩修D(zhuǎn)移到系統(tǒng)下方或者地面，則可有效降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)的平衡性和抗風(fēng)性能。雖然目前槽式、塔式和碟式聚光系統(tǒng)都提出有各自的聚光分頻的方法，但它們共同的缺點是僅簡單利用分頻薄膜將高頻短波與低頻長波分開，分頻后的兩束光分別位于分光鏡的兩側(cè)，無法同時將兩個焦斑轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)下方或者地面，且兩個焦斑的聚光比不能
3獨立調(diào)節(jié)，降低了聚光光伏與光熱聯(lián)合發(fā)電的可行性和靈活性。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于克服現(xiàn)有聚光分頻系統(tǒng)的不足，提供一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，提供一種能夠?qū)⒎诸l后的兩個焦斑都轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)下方，且兩個焦斑的聚光比可獨立調(diào)節(jié)的碟式聚光分頻裝置?；诘骄酃獾奶柲芏尉酃夥诸l裝置中的旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡中間開有透光孔，透光孔的下方沿著旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡軸線的兩側(cè)分別布置有聚光光伏電池板和集熱器的入口 ；透光孔上方，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的頂點200 4000mm處布置一分頻透鏡，分頻透鏡具有兩個不同曲面，其中，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡近的分頻透鏡一曲面上貼有分頻薄膜，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡遠(yuǎn)的分頻透鏡另一曲面為銀鏡反射面， 旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡與分頻透鏡之間設(shè)有支撐桿，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的背部支架與立柱一端通過雙軸跟蹤系統(tǒng)連接，雙軸跟蹤系統(tǒng)的控制器置于地面上，立柱另一端與旋轉(zhuǎn)底盤相連。所述的分頻透鏡布置方式為分頻透鏡布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡與其聚光焦點之間，或分頻透鏡布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的焦點外側(cè)，或分頻透鏡的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的焦點內(nèi)外兩側(cè)。所述的分頻透鏡布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡與其聚光焦點之間時，分頻透鏡兩個不同曲面都為凸面，兩個凸面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡軸線的兩側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面。所述的分頻透鏡布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的焦點外側(cè)時，分頻透鏡兩個不同曲面都為凹面，兩個凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡軸線的兩側(cè)，所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面。所述的分頻透鏡的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的焦點內(nèi)外兩側(cè)時，分頻透鏡兩個不同曲面分別為凸面和凹面，其中凸面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡與其焦點之間，凹面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡焦點外側(cè)，凸面和凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡軸線的同側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面；所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新型的方法可以同時實現(xiàn)太陽能的聚光和分頻，并將兩個聚光焦斑都轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)下方，可有效降低系統(tǒng)追日時的能耗，提高系統(tǒng)的平衡性和抗風(fēng)性能。2、本實用新型的方法可以通過調(diào)整分頻透鏡的兩個不同曲面的方程分別調(diào)節(jié)兩束光的聚光比，滿足聚光光伏電池板和集熱器(或斯特林機熱端)各自所需的最佳聚光強度的要求。

圖1是基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置示意圖；圖2是本實用新型的布置在碟式反射鏡及其焦點之間的具有兩個不同曲面的分頻透鏡示意圖；[0015]圖3是本實用新型的布置在碟式反射鏡焦點外側(cè)的具有兩個不同曲面的分頻透鏡示意圖；圖4是本實用新型的兩個不同曲面分別位于碟式反射鏡焦點內(nèi)外兩側(cè)的分頻透鏡示意圖；圖中控制器1、旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2、透光孔3、支撐桿4、銀鏡反射面5、分頻透鏡6、分頻薄膜7、集熱器入口 8、聚光光伏電池板9、背部支架10、雙軸跟蹤系統(tǒng)11、立柱 12、旋轉(zhuǎn)底盤13。
具體實施方式
基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻方法是采用開有中間透光孔3的旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2將太陽光聚集起來，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的頂點距離200 4000mm處布置一分頻透鏡6，分頻透鏡6具有兩個不同曲面，其中，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2近的分頻透鏡6 —曲面上貼有分頻薄膜7，將聚光光伏電池板9響應(yīng)波段范圍內(nèi)的太陽光反射回來，穿過透光孔3后照射到聚光光伏電池板9上，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2遠(yuǎn)的分頻透鏡6另一曲面為銀鏡反射面5，銀鏡反射面5將所有透過分頻薄膜7的光反射回來， 穿過透光孔3后進入集熱器入口 8。所述的分頻透鏡6布置方式為分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與其聚光焦點之間，或分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點外側(cè)，或分頻透鏡6的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點內(nèi)外兩側(cè)。當(dāng)所述的分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與其聚光焦點之間時，分頻透鏡6兩個不同曲面都為凸面，兩個凸面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2軸線的兩側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面。當(dāng)所述的分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點外側(cè)時，分頻透鏡6兩個不同曲面都為凹面，兩個凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2軸線的兩側(cè)，所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面。當(dāng)所述的分頻透鏡6的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點內(nèi)外兩側(cè)時，分頻透鏡6兩個不同曲面分別為凸面和凹面，其中凸面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與其焦點之間，凹面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2焦點外側(cè)，凸面和凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2軸線的同側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面；所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面。如圖1所示，基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置由控制器1、旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2、透光孔3、支撐桿4、銀鏡反射面5、分頻透鏡6、分頻薄膜7、集熱器入口 8、聚光光伏電池板9、背部支架10、雙軸跟蹤系統(tǒng)11、立柱12、旋轉(zhuǎn)底盤13組成。基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置中的旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡2中間開有透光孔3，透光孔3的下方沿著旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2軸線的兩側(cè)分別布置有聚光光伏電池板9和集熱器的入口 8 ；透光孔3的上方，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的頂點距離200 4000mm處布置一塊分頻透鏡6，分頻透鏡6具有兩個不同曲面，其中，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2近的分頻透鏡6 一曲面上貼有分頻薄膜7，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2遠(yuǎn)的分頻透鏡6另一曲面為銀鏡反射面5，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與分頻透鏡6之間設(shè)有支撐桿4，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的背部支架10與立柱12 —端通過雙軸跟蹤系統(tǒng)11連接，雙軸跟蹤系統(tǒng)11的控制器1置于地面上，立柱12另一端與旋轉(zhuǎn)底盤13相連。所述的分頻透鏡6布置方式為分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與其聚光焦點之間，或分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點外側(cè)，或分頻透鏡6的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點內(nèi)外兩側(cè)。如圖2所示，當(dāng)所述的分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與其聚光焦點之間時，分頻透鏡6兩個不同曲面都為凸面，兩個凸面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2軸線的兩側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面；離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2近的一凸面上涂有分頻薄膜7，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2遠(yuǎn)的另一凸面為銀鏡反射面5。如圖3所示，當(dāng)所述的分頻透鏡6布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點外側(cè)時， 分頻透鏡6兩個不同曲面都為凹面，兩個凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2 軸線的兩側(cè)，所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面；離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2近的一凸面上涂有分頻薄膜7，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡 2遠(yuǎn)的另一凸面為銀鏡反射面5。如圖4所示，當(dāng)所述的分頻透鏡6的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2的焦點內(nèi)外兩側(cè)時，分頻透鏡6兩個不同曲面分別為凸面和凹面，其中凸面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2與其焦點之間，凹面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2焦點外側(cè)，凸面和凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2軸線的同側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面；所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面；離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2近的一凸面上涂有分頻薄膜7，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡2遠(yuǎn)的另一凸面為銀鏡反射面5。實施例旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡截面直徑為3500mm，透光孔開口直徑600mm，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡的鏡面方程為X2+Y2 = 6062Ζ ；分頻透鏡截面直徑為600mm，置于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡中心軸線上方1265mm處，貼有分頻薄膜的曲面將繞坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)4. 6°，使
得中心軸線與旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡中心軸線重合后，其曲面方程可以寫為
權(quán)利要求1.一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡(2)中間開有透光孔(3)，透光孔(3)的下方沿著旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡(2)軸線的兩側(cè)分別布置有聚光光伏電池板(9)和集熱器的入口(8);透光孔(3)的上方，在離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)的頂點距離200 4000mm處布置一塊分頻透鏡(6)，分頻透鏡(6)具有兩個不同曲面，其中，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)近的分頻透鏡(6)—曲面上貼有分頻薄膜(7)，離旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)遠(yuǎn)的分頻透鏡另一曲面為銀鏡反射面(5)，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)與分頻透鏡(6)之間設(shè)有支撐桿(4)，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)的背部支架(10)與立柱(12) —端通過雙軸跟蹤系統(tǒng)(11)連接，雙軸跟蹤系統(tǒng)(11)的控制器(1) 置于地面上，立柱(12)另一端與旋轉(zhuǎn)底盤(13)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，其特征在于所述的分頻透鏡(6)布置方式為分頻透鏡(6)布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)與其聚光焦點之間，或分頻透鏡(6)布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)的焦點外側(cè)，或分頻透鏡(6) 的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)的焦點內(nèi)外兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，其特征在于所述的分頻透鏡(6)布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)與其聚光焦點之間時，分頻透鏡 (6)兩個不同曲面都為凸面，兩個凸面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)軸線的兩側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，其特征在于所述的分頻透鏡(6)布置在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)的焦點外側(cè)時，分頻透鏡(6)兩個不同曲面都為凹面，兩個凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)軸線的兩側(cè)，所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，其特征在于所述的分頻透鏡(6)的兩個不同曲面分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)的焦點內(nèi)外兩側(cè)時，分頻透鏡(6)兩個不同曲面分別為凸面和凹面，其中凸面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2) 與其焦點之間，凹面在旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)焦點外側(cè)，凸面和凹面的近焦點分別位于旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡(2)軸線的同側(cè)；所述的凸面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程或者多個旋轉(zhuǎn)雙曲線方程組成的復(fù)合面；所述的凹面的曲面方程是一個旋轉(zhuǎn)橢圓方程或者多個旋轉(zhuǎn)橢圓方程組成的復(fù)合面。
專利摘要本實用新型公開了一種基于碟式聚光的太陽能二次聚光分頻裝置，旋轉(zhuǎn)拋物面碟式反射鏡中間開有透光孔，透光孔下方沿碟式反射鏡軸線兩側(cè)分別布置有聚光光伏電池板和集熱器入口；在透光孔上方離碟式反射鏡的頂點一定距離處布置一分頻透鏡，離碟式反射鏡近的分頻透鏡一曲面上貼有分頻薄膜，離碟式反射鏡遠(yuǎn)的分頻透鏡另一曲面為銀鏡反射面，碟式反射鏡與分頻透鏡之間設(shè)有支撐桿，碟式反射鏡下方設(shè)有支架，支架上設(shè)有雙軸跟蹤系統(tǒng)，整個系統(tǒng)放于旋轉(zhuǎn)底盤上。本實用新型可實現(xiàn)太陽能聚光分頻，并將兩個聚光焦斑都轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)下方，有效降低系統(tǒng)追日時的能耗，提高系統(tǒng)的平衡性和抗風(fēng)性能；可分別調(diào)節(jié)兩束光的聚光比，滿足聚光光伏電池板和集熱器各自所需的最佳聚光強度要求。
文檔編號F24J2/46GK202083827SQ201120047318
公開日2011年12月21日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者余春江, 倪明江, 周勁松, 岑可法, 方夢祥, 施正倫, 王勤輝, 王樹榮, 程樂鳴, 肖剛, 駱仲泱, 高翔 申請人:浙江大學(xué)