一種免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，具體來說，涉及一種無光象免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是地球上最豐富的可再生能源，太陽能因密度低，且受太陽高度角，方位角，氣象等影響，利用率很低，為了提高太陽能可利用率，人們應(yīng)用太陽能聚光器提高太陽能輻射密度。聚光器主要有折射、反射、混合等類型，聚光形式主要有點(diǎn)聚焦和線聚焦，縱觀國(guó)內(nèi)外研宄開發(fā)的太陽能聚光器都存在共同的不足，均要求聚光器具有一套精確的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、聚光面、跟蹤支架和傳動(dòng)機(jī)械，才能保證以上跟蹤和聚光有效。因此，全自動(dòng)跟蹤太陽能聚光器制造成本高，運(yùn)行成本大大高于常規(guī)能源，從而阻礙其商業(yè)化發(fā)展。為此，為了克服自動(dòng)跟蹤太陽能聚光器的上述不足，有人提出了免跟蹤太陽能聚光器，如CPC聚光器、復(fù)合拋物線柱面鏡等反射型聚光器。然而，通過采用這樣的聚光器，盡管會(huì)簡(jiǎn)化聚光器的結(jié)構(gòu)，降低聚光的精度要求和制造成本，但是由于此類聚光器在免跟蹤條件下聚光比低，可利用性差，聚光效果差，由此導(dǎo)致其商業(yè)化發(fā)展非常緩慢。對(duì)免跟蹤太陽能聚光器而言，如何提高太陽能的利用率，提高其聚光比，降低聚光器制造精度要求，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低應(yīng)用成本，提高可應(yīng)用性，是其商業(yè)化進(jìn)程中極需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有免跟蹤太陽能聚光器的上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種聚光比高，熱利用效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用成本低的免跟蹤太陽能聚光器，即一種免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述一種免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，包括復(fù)合拋物面聚光反射鏡支架、拋物面反射鏡面支架、平面反射鏡面支架、拋物面反射鏡面、平面反射鏡面、集熱器、蓄熱箱、熱導(dǎo)流管、回流管、水平支撐架，集熱器、蓄熱箱均設(shè)有進(jìn)、出接口，反射鏡面為反光材料，集熱器為平板式、或真空玻璃集熱管列陣式、或翅翼式，集熱器兩平面皆為吸熱面，復(fù)合拋物面聚光反射鏡面支架、包含拋物面反射鏡面支架、與平面反射鏡面支架、且互為一體，其特征在于:拋物面反射鏡面，平面反射鏡面，由拋物線聚光曲線復(fù)合而生成，平面反射鏡面朝上固定在平面反射鏡面支架上，集熱器安裝在兩半個(gè)拋物面反射鏡面的復(fù)合聚焦面上，并貼近平面反射鏡面豎向固定在平面反射鏡面支架上，兩個(gè)拋物面反光鏡面相向分設(shè)在集熱器的兩面，并與平面反射鏡面兩邊沿相接，固定在拋物面反射鏡面支架上，集熱器的出口通過熱導(dǎo)流管與蓄熱箱的進(jìn)口連接，蓄熱箱的出口通過回流管與集熱器的進(jìn)口連接，復(fù)合拋物面聚光反射鏡面支架依據(jù)安裝該聚光器當(dāng)?shù)氐牡乩憩|度，整體調(diào)節(jié)其最低入射角后固定在水平支撐架上，并通過水平支撐架固定在承載面上。
[0005]所述的拋物面聚光反射鏡面，平面反射鏡面，由拋物線聚光曲線復(fù)合而生成，其生成方法是:依據(jù)應(yīng)用要求選擇拋物線焦距F，根據(jù)Y = X2/4F拋物線方程，作以焦距為F的拋物線曲線坐標(biāo)圖，在拋物線曲線坐標(biāo)圖上，依據(jù)免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器是完全固定式還是定時(shí)可調(diào)節(jié)免跟蹤要求不同，分別選取不同的與其全反射臨界角相對(duì)應(yīng)的二個(gè)截點(diǎn)C、D點(diǎn)，并截取，以焦點(diǎn)F為定點(diǎn)，將截取的位于I象區(qū)的COF半個(gè)拋物線段按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至其焦距OF與Y軸的來角等于其全反射臨界角，連接焦點(diǎn)F與00直線上任意一點(diǎn)E，生成的COOD復(fù)合拋物線聚光曲線段，與直線FE，沿其所在平面的垂直方向平行移動(dòng)任意長(zhǎng)，并按需要截取，截取段即為本發(fā)明一種免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，其中，截取的端截面為該聚光器的端面，二拋物線段平移形成的拋物面為該聚光器的拋物面聚光反射面，直線段平移生成的平面為該復(fù)合聚光器的平面反射面，F(xiàn)E直線段平行移動(dòng)生成的平面為該復(fù)合聚光器的復(fù)合集熱面。
[0006]所述復(fù)合聚焦面為復(fù)合生成的兩半個(gè)拋物線曲線段，形成兩亇聚焦線，連接焦點(diǎn)與該兩焦線頂點(diǎn)連線上任意點(diǎn)的直線，均可視為兩半個(gè)拋物線段的復(fù)合聚焦線，以此生成的聚焦面即為該復(fù)合拋物面聚光器的復(fù)合聚焦面，其中以垂直面最小，最大有效聚光比最大，將集熱器安裝在該復(fù)合聚焦面上，凡照射到該復(fù)合拋物面聚光器反光鏡面上的光線，都能反射到該集熱器兩邊的吸熱面上。
[0007]所述的依據(jù)應(yīng)用要求選擇拋物線焦距F，是依據(jù)安裝場(chǎng)所要求:如是平面，坡面，還是垂直面；安裝方位要求:南北向還是東西向；應(yīng)用形式的要求:是民用與建筑結(jié)合，還是大面積商業(yè)化連片應(yīng)用等各種各樣的應(yīng)用條件。選擇不同的拋物線焦距，以生成適用各種應(yīng)用條件的復(fù)合拋物面聚光器。
[0008]所述一種免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，其特征在于:上述完全固定式免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，是在拋物線曲線坐標(biāo)圖上，分別選取與全反射臨界角為47度相對(duì)應(yīng)的二截點(diǎn)處截取，其生成的該固定式免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器最大聚光比可達(dá)4倍。
[0009]所述可調(diào)節(jié)免跟蹤太陽能復(fù)合聚光器，是依據(jù)定時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間周期不同，選取不同的與其全反射臨界角相對(duì)應(yīng)的二截點(diǎn)處截取，對(duì)復(fù)合拋物面聚光器而言，調(diào)節(jié)時(shí)間周期越短，選取的二截點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的全反射臨界角越小，最大有效聚光比越大，例如，每年在春分、秋分各調(diào)節(jié)一次，可選取與26度全反射臨界角相對(duì)應(yīng)的截點(diǎn)處截取，其生成的免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器全反射臨界角為26度，最大有效聚光比可達(dá)8倍。若每月定時(shí)調(diào)節(jié)一次，選取與全反射臨界角為11度相對(duì)應(yīng)截點(diǎn)處截取，其全反射臨界角為11度，最大有效聚光比可達(dá)20倍
[0010]所述全反射臨界角即為截點(diǎn)處外切線與焦線(或Y軸)的夾角，從該截點(diǎn)處截取生成的復(fù)合拋物面聚光鏡面上每個(gè)點(diǎn)，全年都能接受到太陽日照光線，并被全反射，
[0011]上述完全固定式免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，是在拋物線曲線坐標(biāo)圖上，分別選取與全反射臨界角為47度相對(duì)應(yīng)的二截點(diǎn)處截取，二截點(diǎn)處X/0F值為1.9，因X軸與Y軸(光軸)垂直，X值可作為截取的拋物線曲線段的最大有效采光開口值，X/0F = 1.9可視為截取的半個(gè)拋物線曲線的最大有效聚光比，因此，從全反射臨界角為47度相對(duì)應(yīng)的二截點(diǎn)處截取，生成的固定式免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面最大聚光比可達(dá)3.8倍，在全固定式免跟蹤條件下，該截點(diǎn)處全反射臨界角具有唯一性，凡最大有效聚光比大于3.8倍的截點(diǎn)，其截點(diǎn)處的全反射臨界角均小于47度；反之全反射臨界角大于47度的截點(diǎn)，其最大有效聚光比均小于3.8倍，唯有從該截點(diǎn)處截取的拋物線段生成的免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光鏡面，才能保證全年變化47度范圍內(nèi)的太陽日照光線，都能入射到其復(fù)合聚光鏡面上被全反射，并取得最大3.8倍的有效聚光效果。本發(fā)明效果:
[0012]1、生成方法簡(jiǎn)單。依據(jù)應(yīng)用要求不同，選定拋物線曲線的焦距和聚光比很容易生成適應(yīng)各種應(yīng)用要求并具有較佳聚光效果的免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器，且可貼近地平面，坡面、垂直面安裝，無需支撐支架，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用成本低。
[0013]2、如圖5、6、7、8所示，槽式拋物線曲線分布在光軸(Y軸)兩邊，在免跟蹤的情況下，只有當(dāng)光線平行光軸射入的瞬間，光線經(jīng)兩邊拋物線會(huì)聚后從光軸兩邊反射至焦點(diǎn)F。當(dāng)光線斜向射入，偏離光軸射入的象區(qū)，光線經(jīng)會(huì)聚后，反射至焦點(diǎn)F上方光軸的延長(zhǎng)線上為無效聚光。光線入射角每偏離10°，反射光線會(huì)聚點(diǎn)向上移動(dòng)一倍焦距的距離，應(yīng)用效果很差；本發(fā)明完全克服了以上弊端，當(dāng)光線斜向射入，射向1、2象區(qū)的入射光線，經(jīng)匯聚后都能反射至集熱器兩邊的吸熱面上，入射光線全部被有效利用，熱利用效果最好，因此，同等條件下聚光比是槽式柱面鏡二倍，光能利用率高。
[0014]3、本發(fā)明生成的免跟蹤太陽能復(fù)合聚光器，單個(gè)面積可大到幾十m2，可小到不足一個(gè)m2，通過將單體組合成方陣，可大面積連片，在并聯(lián)場(chǎng)合可提供中、低溫?zé)嵩从糜诩泄幔诖?lián)場(chǎng)合則可提供中、高溫?zé)嵩从糜跓岚l(fā)電。另外，與光電池結(jié)合可成倍提高光電池的光照強(qiáng)度，提高光轉(zhuǎn)換率，降低光電池的應(yīng)用成本。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]圖1為示出平面放置的全固定免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器結(jié)構(gòu)示意圖，
[0017]圖中復(fù)合拋物面聚光反射鏡支架、2拋物面反射鏡面、3平面反射鏡面、4集熱器、5蓄熱箱、6熱導(dǎo)流管、7回流管。
[0018]圖2為示出平面放置的全固定免跟蹤太陽能復(fù)合拋物面聚光器端截面結(jié)構(gòu)示意圖，
[0019]圖中:8拋物面反射鏡面支架、9平面反射鏡面支架、10水平支撐架，11地坪。
[0020]圖3為示出一種免跟蹤太陽能復(fù)合拋物線聚光曲線圖。
[0021]圖4為示出坡屋面全固定太陽能復(fù)合拋物面聚光器端截面圖。
[0022]圖中12復(fù)合拋物面聚光反射鏡支架、13拋物面反射鏡面、14平面反射鏡面、15集熱器、16拋物面反射鏡面支架、17平面反射鏡面支架、18水平支撐架，19坡屋面。
[0023]圖5為示出拋物線的光線入射角度偏離I度反射光線分析圖。
[0024]圖6為示出拋物線的光線入射角度偏離10°反射光線分析圖。
[0025]圖中光線入射角偏離10°，反射光線會(huì)聚在焦點(diǎn)上方光軸的延長(zhǎng)線上一倍焦距的距離。
[0026]圖7為示出拋物線的光線入射角度偏離30°反射光線分析圖。
[0027]圖中光線入射角偏離30°，反射光線會(huì)聚在焦點(diǎn)上方光軸的延長(zhǎng)線上三倍焦距的距離。
[0028]圖8為示出拋物線的光線入射角度偏離40度反射光線分析圖。
[0029]圖中光線入射角偏離40°，反射光線會(huì)聚在焦點(diǎn)上方光軸的延長(zhǎng)線上四倍焦距的距離。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]應(yīng)用要求:一是完全固定免跟蹤，二是平屋頂安放，三是應(yīng)用場(chǎng)地為北瑋3