專(zhuān)利名稱(chēng)：多定日鏡聚光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及聚集的太陽(yáng)能，尤其涉及用于收集、聚集太陽(yáng)能 并將其轉(zhuǎn)換為電能的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
聚集的太陽(yáng)能有很大希望使經(jīng)濟(jì)上可行的能量應(yīng)用成為可能。通 過(guò)使用輻射收集表面來(lái)收集和聚集陽(yáng)光，各種熱、電和化學(xué)應(yīng)用可利 用太陽(yáng)能進(jìn)行實(shí)際的和經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。
例如，聚光型光電池(CPV電池)能使光電在價(jià)格上與由化石燃 料產(chǎn)生的電相媲美。CPV比其它光電池更加有效率。并且，通過(guò)使用 聚集的陽(yáng)光照射CPV電池，大多數(shù)陽(yáng)光收集表面都由比較便宜的光學(xué) 材料制成，例如玻璃或塑料。因此，與非聚光型光電池相比，使用CPV
電池產(chǎn)生一單位電能所需的電池面積可降低幾個(gè)量級(jí)。聚光比越高， 所需的電池面積越小。
聚集陽(yáng)光需要使光學(xué)系統(tǒng)成為聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)的一部分。并且，
高聚光應(yīng)用(如CPV電池)需要均勻的聚集通量，因此在設(shè)計(jì)和制造 精度方面對(duì)光學(xué)系統(tǒng)有嚴(yán)格的要求。并且，CPV電池只將它們從光學(xué)
系統(tǒng)接收的能量的一部分轉(zhuǎn)換為電能。其余能量轉(zhuǎn)化為熱量。該浪費(fèi) 的熱量必須盡快從電池消散，以防止電池溫度升高、降低電池效率和
對(duì)CPV電池的可能損壞。因此，CPV電池系統(tǒng)還需要電池冷卻系統(tǒng)。
已知許多用于聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但是，沒(méi)有一種現(xiàn)有設(shè)計(jì) 能夠使聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)滿(mǎn)足使太陽(yáng)能在經(jīng)濟(jì)上具有竟?fàn)幜Φ男詢(xún)r(jià)比目 標(biāo)?，F(xiàn)有聚光太陽(yáng)能的設(shè)計(jì)還不足夠耐用，而且比較難以維護(hù)。下面 指出了通常在這種聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有可用技術(shù)的一些缺
點(diǎn)基于菲涅爾透鏡的CPV模塊具有比較昂貴的光學(xué)器件，難以清
潔，并且在電池包裝上具有多個(gè)缺陷點(diǎn)。
拋物柱面反射器系統(tǒng)具有比較昂貴的光學(xué)器件，難以清潔，并且 在地平面上具有比較高的外形。
拋物迷你柱面反射器系統(tǒng)具有復(fù)雜的電池陣列，具有復(fù)雜的光學(xué) 器件，在地平面上具有比較高的外形，并且在電池包裝模式上具有多 個(gè)缺陷點(diǎn)。
類(lèi)似于菲涅爾槽系統(tǒng)的拋物槽系統(tǒng)具有比較昂貴的光學(xué)器件，具 有比較低的聚光比，并且難以清潔。
因此，需要一種緊湊和易于生產(chǎn)、安裝、操作和維護(hù)，并且在成 本上可與使用化石燃料的電能系統(tǒng)相媲美的聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)。


圖1示意性地示出了本發(fā)明示例性光學(xué)子系統(tǒng)的立體圖； 圖2為以頂視方式示出的本發(fā)明示例性光學(xué)子系統(tǒng)的光線軌跡圖 的片斷；
圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的組合光學(xué)聚光器的截面
圖4A為在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)聚光器內(nèi)所示第一示例 性光線軌跡圖的片斷；
圖4B為圖4A的放大細(xì)節(jié)；
圖4C為在圖4B中所示同一光學(xué)聚光器內(nèi)所示的第二示例性光線 軌跡圖的片斷；
圖4D為在圖4B中所示同一光學(xué)聚光器內(nèi)所示的第三示例性光學(xué) 軌跡圖的片斷；
圖4E為在根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)聚光器內(nèi)所示第一 示例性光線軌跡圖的片斷；
圖4F為在圖4E中所示同一光學(xué)聚光器內(nèi)所示的第二示例性光線 軌跡圖的片斷；圖4G為在圖4E中所示同一光學(xué)聚光器內(nèi)所示的第三示例性光線 軌跡圖的片斷；
圖4H為在根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)聚光器內(nèi)所示第一 示例性光線軌跡圖的片斷；
圖4I為在圖4H中所示同一光學(xué)聚光器內(nèi)所示的第二示例性光學(xué) 軌跡圖的片斷；
圖4J為在圖4H中所示同一光學(xué)聚光器內(nèi)所示的第三示例性光學(xué) 軌跡圖的片斷；
圖5A為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的被動(dòng)式散熱器的側(cè)視圖5B為圖5A中所示散熱器的后視圖6A為具有一行定日鏡的安裝好的MHC模塊的立體圖6B為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的安裝好的MHC模塊的立體圖7為具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的MHC模塊的示意布置圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了利用太陽(yáng)能的多定日鏡聚光器(MHC )系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的MHC系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)MHC模塊。每個(gè)MHC模 塊都包括下面的子系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)，具有同時(shí)指向共用光學(xué)聚光器的 多個(gè)定日鏡；接收器，如公知的，用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱量以便進(jìn)一 步應(yīng)用，或者直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，例如借助于一聚光型(CPV) 電池陣列進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明， 一個(gè)定日鏡或一組定日鏡設(shè)有一個(gè)或兩 個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以及局部控制器，用于轉(zhuǎn)動(dòng)地跟綜太陽(yáng)。連接到所有局部 控制器上的中央控制器使整個(gè)MHC系統(tǒng)的運(yùn)行同步并控制整個(gè) MHC系統(tǒng)的運(yùn)4亍。
光學(xué)子系統(tǒng)
首先參考圖1，其中示意性地示出了示例性光學(xué)子系統(tǒng)10的立體 圖。光學(xué)聚光器12面向?qū)ΨQ(chēng)布置在光學(xué)聚光器12的光軸18兩側(cè)的兩 組定日鏡14和16。根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)定日鏡的孔具有反射對(duì)稱(chēng)軸，該軸布置成與聚光器的光軸垂直并且相交。本發(fā)明的光學(xué)子系統(tǒng)優(yōu)選
具有偶數(shù)個(gè)用于照射同一共用光學(xué)聚光器12的定日鏡。平面定日鏡通 常在生產(chǎn)和維護(hù)上比較便宜，因此根據(jù)本發(fā)明是優(yōu)選的。光學(xué)聚光器 12具有聚焦反射背面20，其通常制成拋物線圓柱表面形狀。即，當(dāng)通 過(guò)垂直于對(duì)稱(chēng)軸的一系列平行面來(lái)剖開(kāi)時(shí)，在形成拋物線的地方，該 表面是軸對(duì)稱(chēng)的。在聚焦反射背面20的焦點(diǎn)區(qū)域設(shè)有聚焦誤差校正和 通量均勻化裝置(FECFHD) 22。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，光 學(xué)聚光器12還具有內(nèi)表面能反射的平面?zhèn)缺?4。因此，對(duì)應(yīng)于由設(shè) 在光軸18旁邊的定日鏡所反射的輻射的焦間距沿著幾乎線性間隔匯 合入非常小的區(qū)域內(nèi)，其中所述線性間隔在下文中稱(chēng)為焦間距，其跨 過(guò)FECFHD 22的入口布置。下文中，具有將太陽(yáng)輻射反射至同一區(qū) 域的表面的裝置稱(chēng)為定日鏡。
參考圖2，可更好地說(shuō)明將對(duì)應(yīng)于分別從不同定日鏡反射的多個(gè) 照射光束焦間距匯合的效果。圖2中，以頂視圖方式示意性地示出了 本發(fā)明示例性光學(xué)子系統(tǒng)38的一部分內(nèi)的光線軌跡圖。光學(xué)聚光器 40面向布置在其光軸44相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)定日鏡42和42A。照射光束 46被定日鏡42反射到聚光器40的聚焦反射后壁上，從而會(huì)聚為與間 隔48部分重合的線性焦點(diǎn)。間隔48位于圖2紙平面的后面的平面中。 在沒(méi)有側(cè)壁49的情形下，焦線沿著虛線間隔50延伸。為簡(jiǎn)化描述， 該焦線由間隔52示意性地表示。類(lèi)似地，間隔52A表示由定日鏡42A 反射的光產(chǎn)生的焦線。但是，具有兩個(gè)反射側(cè)壁的光學(xué)聚光器使這兩 個(gè)焦線對(duì)稱(chēng)地折疊并沿著間隔48匯合。
光學(xué)聚光器
由于光學(xué)聚光器(例如，具有拋物線圓柱形表面的光學(xué)聚光器) 的聚焦反射背面形成的焦點(diǎn)區(qū)域具有非常小的圍繞焦間距的橫截面， 所以其提供了非常顯著的聚光比，其中所述焦間距接近地定位在包含
光學(xué)聚光器的光軸的平面內(nèi)。下文中，該聚光比稱(chēng)為主聚光比，其大 致等于光學(xué)聚光器的孔的面積與該橫截面面積之間的比值。被許多定日鏡照射的光學(xué)聚光器提供了陽(yáng)光的會(huì)聚，其聚光比與照射定日鏡的 總面積除以光學(xué)聚光器的孔面積的主比率的乘積成比例。本發(fā)明的
MHC模塊的聚光比還乘以各自的余弦因數(shù)以及與包括跟蹤誤差的沿 著會(huì)聚輻射光路的累計(jì)損耗相關(guān)的損耗因數(shù)。本發(fā)明MHC模塊中的 定日鏡布置優(yōu)選是對(duì)稱(chēng)的，使得一對(duì)對(duì)稱(chēng)布置的定日鏡中的每個(gè)定日 鏡都以相對(duì)于其光軸相同的角度照射光學(xué)聚光器的孔。光學(xué)聚光器的 側(cè)壁或者為平面的，或者具有會(huì)聚曲率，例如拋物線。這些側(cè)壁形成 光道，各個(gè)定日鏡的焦點(diǎn)經(jīng)過(guò)單次或多次反射通過(guò)該光道折疊，并沿 著跨過(guò)FECFHD入口孔布置的共用焦間距匯合。因此，通過(guò)考慮將 定日鏡放置在光學(xué)聚光器前方的實(shí)際限制，根據(jù)本發(fā)明提供了幾百陽(yáng) 光的顯著聚光比，如下文中進(jìn)一步描述的。(標(biāo)準(zhǔn)的陽(yáng)光定義為每平米 850瓦的輻射能。)
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)聚光器的壁通常由金屬制成，例如磨光的和/ 或者帶反射涂層的不銹鋼。安裝在由金屬或塑性樹(shù)脂制成的支撐架上 的涂覆有反射性材料的玻璃或塑料板也是可接受的。本發(fā)明定日鏡的 反射表面與已知方式類(lèi)似地制成。
組合聚光器
通常，按照MHC系統(tǒng)的功率需求來(lái)限定根據(jù)本發(fā)明的定日鏡的 孔的數(shù)量和尺寸。顯然，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)聚光器的孔的尺寸符合定 日鏡的尺寸?，F(xiàn)在參考圖3，其中示意性地示出了包括三個(gè)交錯(cuò)的光 學(xué)聚光器62、 63、 64的組合光學(xué)聚光器。聚光器62的焦點(diǎn)區(qū)域65 位于聚光器63的外面。光線66表示照射光束與交錯(cuò)聚光器62-64的 組合孔的重疊。根據(jù)本發(fā)明的組合光學(xué)聚光器的有效孔包括所含的基 本聚光器的所有孔。組合光學(xué)聚光器的組合孔在下文中稱(chēng)作光學(xué)聚光 器的孔，其有效面積等于組成它的基本聚光器的孔的面積之和。
類(lèi)似地，根據(jù)本發(fā)明，基本光學(xué)聚光器可以按任意布置方式來(lái)布 置。優(yōu)選為一維或兩維陣列。在任意這種布置中，相鄰基本聚光器的 孔盡可能地彼此靠近，使它們之間分離開(kāi)的間隙(如果有)的面積最小化。聚光器的陣列的行或列的數(shù)目，即其陣列的寬度和高度符合照 射它的相應(yīng)定日鏡的尺寸。
FECFHD
使用FECFHD是為了補(bǔ)償光學(xué)組件的幾何形狀和方位(例如定 曰鏡或光學(xué)聚光器的反射表面的相應(yīng)的方位或均勻性)的不精確或畸 變，和/或光學(xué)組件沿著光路的位置的不精確；和/或太陽(yáng)跟蹤操作的 不精確。本發(fā)明的FECFHD優(yōu)選為具有較弱的聚光功率和寬的受光 角的光學(xué)裝置。根據(jù)本發(fā)明，這種裝置可基于折射光學(xué)元件，例如具 有包含波導(dǎo)的透明聚焦透鏡的光學(xué)元件，其中沿著波導(dǎo)側(cè)壁的多重反 射使通量均勻化。替代地，也可使用非成像的聚焦反射表面。FECFHD 用于補(bǔ)償與指向共用光學(xué)聚光器的許多定日鏡相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)焦間距的 位置偏移或形狀畸變。焦間距的這種位置偏移源自各個(gè)定日鏡相對(duì)于 光學(xué)聚光器的相應(yīng)位置和/或定向的不精確。反射表面幾何形狀的畸變 通常引起焦間距的彎曲和將其擴(kuò)展成具有寬度和容積的區(qū)域。 FECFHD的寬受光角確保以比較寬的入射角射在FECFHD入口上的 光線以比較小的離去角從FECFHD離開(kāi)。
為了更好地描述本發(fā)明的FECFHD,現(xiàn)在參考圖4A至4J，其中 分別示出了根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的光學(xué)聚光器內(nèi)的光線軌跡圖的不 同部分。在圖4A中，射在光學(xué)聚光器69的聚焦反射后壁68上的光 線67會(huì)聚到FECFHD 70的入口。圖4B - 4D中分別更加詳細(xì)地示出 了 FECFHD 70和相同的光線軌跡圖，以及另外兩個(gè)示例性的圖。根 據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的FECFHD 70的形狀為例如漏斗狀。當(dāng)布置成4吏得 側(cè)壁點(diǎn)的下端背離光學(xué)聚光器的聚焦反射后壁時(shí)，相對(duì)于其軸線傾斜 的FECFHD入口 70A提供了比較寬的受光角。側(cè)壁70B凹陷以提供 另外的聚焦。沿著側(cè)壁70B的多重反射還使通量均勻化，以使得最大 離去角顯著小于可能的最大受光角。
在圖4E至4J中，分別示出了根據(jù)本發(fā)明其它兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的 FECFHD內(nèi)的類(lèi)似三個(gè)示例性光線軌跡圖。兩個(gè)FECFHD都由透明絕緣材料制成，例如分別具有使得在其波導(dǎo)部分72提供全內(nèi)反射的折 射常數(shù)的玻璃或塑性樹(shù)脂。根據(jù)這些優(yōu)選實(shí)施例的第一個(gè)，F(xiàn)ECFHD 73具有拋物線圓柱形入口 73A，其中拋物線位于平行于紙面的平面內(nèi)。 波導(dǎo)部分72的橫截面朝著入口 73A近端一側(cè)不對(duì)稱(chēng)地延伸，以便使 得當(dāng)延伸側(cè)遠(yuǎn)離光學(xué)聚光器的拋物線反射后壁設(shè)置時(shí)提供比較寬的受 光角。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例的FECFHD 74具有圓柱形入口 74A和為 四邊形截面的波導(dǎo)部分72。由基于折射光學(xué)器件的元件構(gòu)成的 FECFHD的入口的表面可選擇地涂覆有公知的反射涂層。
接收器
根據(jù)本發(fā)明的接收器可為能夠?qū)⒕奂奶?yáng)輻射的能量的一部分 轉(zhuǎn)換為可進(jìn)一步利用的其它形式能量的任意裝置。根據(jù)本發(fā)明的示例 性接收器由輸送流動(dòng)流體的一段導(dǎo)管組成。由聚集的太陽(yáng)輻射加熱的 該流體可被進(jìn)一步利用，例如通過(guò)激勵(lì)渦輪來(lái)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。輸送被 加熱流體的該導(dǎo)管的一部分表面構(gòu)成該接收器的入口 。該接收器安裝 在安裝框架上，使得其入口在光學(xué)聚光器的焦點(diǎn)范圍內(nèi)對(duì)中設(shè)置，或 者當(dāng)具有FECFHD時(shí)在FECFHD的出口對(duì)中設(shè)置。無(wú)論是否存在 FECFHD,接收器入口都布置成使得照射其的聚集太陽(yáng)輻射的部分最 大。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的接收器借助于CPV電池陣列將一部分 太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能。CPV電池的數(shù)量和線性CPV電池陣列的長(zhǎng) 度與MHC模塊的相應(yīng)光學(xué)子系統(tǒng)的聚光比相符。該接收器還包括用 于將廢熱從CPV陣列驅(qū)散的裝置。如所公知的，該裝置包括通過(guò)空氣 或者液體(例如水)的^L動(dòng)式冷卻或強(qiáng)制冷卻。
現(xiàn)在參考圖5A和5B，其中分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施 例的被動(dòng)式散熱器75的兩個(gè)不同側(cè)視圖。借助于該被動(dòng)式散熱器，廢 熱被傳遞到大氣，沒(méi)有其它的操作成本。布置在散熱體77前面的凹槽 76適于安裝CPV陣列以使得CPV陣列與散熱體77之間存在良好的 熱連接。這些CPV電池的表面構(gòu)成接收器的入口 。接收器安裝在安裝框架上以便使得其入口位于FECFHD的出口。翅片78布置成使大氣 的對(duì)流最大。顯然，散熱器及其各翅片的尺寸對(duì)其冷卻效率有影響。 但是，可將這種被動(dòng)式散熱器安裝在光學(xué)聚光器附近，使得其并不阻 止光線傳入各自的光學(xué)聚光器。
MHC模塊
根據(jù)本發(fā)明的MHC模塊由光學(xué)子系統(tǒng)構(gòu)成，該光學(xué)子系統(tǒng)具有 至少一個(gè)光學(xué)聚光器和分別照射該至少一個(gè)光學(xué)聚光器的多個(gè)定日 鏡、用于獨(dú)立地或者同時(shí)地轉(zhuǎn)動(dòng)定日鏡的驅(qū)動(dòng)裝置和用于執(zhí)行太陽(yáng)跟 蹤的至少一個(gè)局部控制器。
現(xiàn)在參考圖6A和6B，其中分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施 例的兩種安裝好的MHC模塊的結(jié)構(gòu)。安裝好的MHC模塊80具有單 行定日鏡82，該定日鏡82優(yōu)選包括安裝在共用框架84上的三對(duì)定日 鏡。光學(xué)聚光器85連接到被動(dòng)式散熱器86上，該散熱器86還連接到 安裝框架84上。每一個(gè)定日鏡(如定日鏡88 )通過(guò)共用軸90鉸接到 安裝框架84上。因此，所有這些定日鏡具有共同的旋轉(zhuǎn)軸線，該共同 的旋轉(zhuǎn)軸線為軸向軸90的軸線。定日鏡分別按一定方位角和仰角傾斜 成使得被每一個(gè)定日鏡反射到聚光器85中的太陽(yáng)輻射的水平最大。支 撐定日鏡行82中的定日鏡的反射板的桿(例如，將定日鏡88連接到 軸向軸90的桿92、 92A和92B)的長(zhǎng)度和它們之間的角度固定了每 個(gè)定日鏡的不同傾斜角。因此，定日鏡88的反射板借助于軸92C分 別鉸接到桿92和92A上。類(lèi)似地，側(cè)向連桿92B的一端可樞轉(zhuǎn)地連 接到桿92上，而其另一端牢固地固定在軸向軸90上。因此，通過(guò)以 任意的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)軸向軸卯，定日鏡行82的每個(gè)定日鏡改變其仰角， 使得所有的反射面保持其仰角的同步，并繼續(xù)同時(shí)指向光學(xué)聚光器85 的孔。定日鏡93以與其配對(duì)定日鏡88在安裝框架84上方相同的高度 連接到軸向軸卯上，但是與相反方向的定日鏡88對(duì)稱(chēng)地傾斜并從聚 光器85的光軸間隔開(kāi)。定日鏡行82的所有定日鏡同時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)其各自的轉(zhuǎn)角。借助于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)94延伸或收縮至相同程度
ii的軸90實(shí)現(xiàn)如雙箭頭96所示的旋轉(zhuǎn)，其中驅(qū)動(dòng)馬達(dá)94為安裝在該模塊上的所有定日鏡共用。
在圖6B中，所示MHC模塊110的光學(xué)子系統(tǒng)安裝在框架112上，并借助于基座114穩(wěn)固。MHC模塊110由跟蹤太陽(yáng)的三行同時(shí)旋轉(zhuǎn)的定日鏡組成。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由分別同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)每行軸向軸的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)120來(lái)產(chǎn)生。該旋轉(zhuǎn)通過(guò)分別收縮或延伸軸126而使連桿122沿著上框架124的方向前后移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。示例性的垂直連桿128的一端可樞轉(zhuǎn)地連接到連桿122上，另一端連接到軸向軸130上，以便定日鏡行132的所有定日鏡同時(shí)旋轉(zhuǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變型中，共同照射共用光學(xué)聚光器的一組定日鏡單獨(dú)配備有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和用于獨(dú)立地跟蹤太陽(yáng)的局部控制器。下文中，包括獨(dú)立跟蹤的定日鏡的模塊的這種結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為獨(dú)立結(jié)構(gòu)。在這種情形下，優(yōu)選使用非常大的定日鏡，例如具有幾米寬度和高度的定日鏡。但是，制造和維護(hù)具有這種尺寸的孔的光學(xué)聚光器過(guò)于復(fù)雜和昂責(zé)。因此，優(yōu)選使用組合光學(xué)聚光器。顯然，由于本發(fā)明的被動(dòng)式散熱器的尺寸使得獲得的聚光比顯著損耗，所以用于這種結(jié)構(gòu)的接收器優(yōu)選包括強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。
現(xiàn)在參考圖7，圖7示意性地示出了具有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的獨(dú)立結(jié)構(gòu)150的MHC模塊的布置圖。組合光學(xué)聚光器152由基本光學(xué)聚光器的二維陣列組成，例如其焦點(diǎn)區(qū)域154位于相鄰聚光器外面的示例性光學(xué)聚光器153。組合光學(xué)聚光器152面向多個(gè)定日鏡，例如定日鏡156和157，這些定日鏡優(yōu)選相對(duì)于組合光學(xué)聚光器152的光軸158對(duì)稱(chēng)布置。(在北半球，光軸158指向北方。)定日鏡密集地布置在聚光器152的前方，即，在相鄰定日鏡的相互阻擋和/或相互遮蔽的水平最小的情況下(尤其是早上或晚上期間)，使相鄰定日鏡之間的間距最小。為此，計(jì)算由全年白天期間任意時(shí)刻MHC模塊150的所有定日鏡的瞬時(shí)累計(jì)被遮蔽和/或被阻擋面積的時(shí)間積分定義的遮擋度量。顯然，在選擇最優(yōu)布置的過(guò)程中，用于安裝MHC模塊的地點(diǎn)的地理位置會(huì)強(qiáng)加限制，例如地面的坡度和/或設(shè)在該地點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的物體。考慮到模塊的目標(biāo)位置，選擇這種計(jì)算得出的遮蔽度量最小的定日鏡的布置。
局部控制器
根據(jù)本發(fā)明的局部控制器至少用于太陽(yáng)跟蹤。因此，局部控制器具有用于沿其軌道感測(cè)太陽(yáng)瞬時(shí)位置的太陽(yáng)跟蹤裝置，并且該控制器連接到方位傳感器以及由其同時(shí)進(jìn)行控制的一個(gè)定日鏡或一組定日鏡的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。太陽(yáng)跟蹤裝置通常設(shè)有搜尋功能，使它能夠發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的當(dāng)前位置并從其繼續(xù)跟蹤太陽(yáng)。基于太陽(yáng)的瞬時(shí)位置和定日鏡或定日鏡組的當(dāng)前方位，控制器致動(dòng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以轉(zhuǎn)動(dòng)各自的定日鏡，使得其瞬時(shí)方位與太陽(yáng)的瞬時(shí)位置一致?？蛇x擇地，同一局部控制器或其它
控制器提供狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以及控制MHC模塊的各種元件的操作，例如接收器的CPV電池陣列的溫度或其環(huán)境狀況。
MHC系統(tǒng)
根據(jù)本發(fā)明的MHC系統(tǒng)用于將太陽(yáng)電磁能轉(zhuǎn)換為可被進(jìn)一步利用的其它形式的能量。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的MHC系統(tǒng)包括至少一個(gè)安裝好的和/或具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的MHC模塊，該模塊具有包括CPV電池陣列的接收器。MHC系統(tǒng)還包括連接到系統(tǒng)所有MHC模塊的所有局部控制器的中央控制器。中央控制器監(jiān)測(cè)、控制、同步和協(xié)調(diào)所有模塊的操作，以提供根據(jù)需要產(chǎn)生的電能。
考慮光學(xué)效率最大化、土地使用最小化、定日鏡相互遮擋最小化以及防止從定日鏡至聚光器孔的視線相互阻擋，在根據(jù)本發(fā)明限定的布置中設(shè)置單個(gè)MHC模塊和多個(gè)MHC模塊的定日鏡的數(shù)量。單個(gè)安裝好的MHC模塊可提供這種功率在幾千瓦功率范圍內(nèi)的小型功率系統(tǒng)。本發(fā)明的大型MHC系統(tǒng)通常包括安裝好的MHC模塊和具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的模塊的組合。
實(shí)例通過(guò)模擬方式來(lái)分析根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)聚光器
和具有一行6個(gè)定日鏡的已安裝MHC模塊的聚光比。該計(jì)算使用光線追蹤來(lái)進(jìn)行。聚光器的物理模型包括拋物線圓柱形反射后壁、兩個(gè)相對(duì)的反射側(cè)壁，其孔的面積為l米，與定日鏡的孔相一致。考慮到制造的實(shí)際限制以及定日鏡相互定位的不精確，并考慮太陽(yáng)跟蹤誤差，引入了反射面的畸變。已經(jīng)證實(shí)了在80 - 100范圍內(nèi)的主聚光比和480- 500太陽(yáng)的聚光比。
權(quán)利要求
1.一種多定日鏡聚光(MHC)模塊，包括至少一個(gè)光學(xué)聚光器，所述光學(xué)聚光器用于將射在所述孔上的太陽(yáng)輻射會(huì)聚到焦點(diǎn)區(qū)域，所述光學(xué)聚光器具有孔、光軸和聚焦反射后壁；多個(gè)定日鏡，用于將所述太陽(yáng)輻射反射到所述至少一個(gè)光學(xué)聚光器的所述孔上；接收器，用于將所述太陽(yáng)輻射的一部分能量轉(zhuǎn)換為其它形式的能量，以及其中所述接收器具有接收器入口，而且其中所述接收器入口布置成使得其被一部分所述會(huì)聚的太陽(yáng)輻射照射。
2. 如權(quán)利要求1所述的MHC模塊，其中所述定日鏡相對(duì)于所述 至少一個(gè)光學(xué)聚光器的所述光軸對(duì)稱(chēng)地布置。
3. 如權(quán)利要求1所述的MHC模塊，其中所述光學(xué)聚光器具有反 射側(cè)壁。 ，
4. 如權(quán)利要求3所述的MHC模塊，其中所述光學(xué)聚光器還具有 聚焦誤差校正和通量均勻化裝置(FECFHD)。
5. 如權(quán)利要求4所述的MHC模塊，其中所述FECFHD的側(cè)壁 為凹的。
6. 如權(quán)利要求4所述的MHC模塊，其中所述FECFHD具有入 口和軸線，并且其中所述入口相對(duì)于所述軸線傾斜。
7. 如權(quán)利要求4所述的MHC模塊，其中所述FECFHD具有入 口，所述入口具有拋物線圓柱形表面。
8. 如權(quán)利要求4所述的MHC模塊，其中所述FECFHD具有入 口，所述入口具有圓柱形表面。
9. 如權(quán)利要求7或8中任意一項(xiàng)所述的MHC模塊，其中所述 FECFHD的所述入口涂覆有抗反射涂層材料。
10. 如權(quán)利要求1所述的MHC模塊，其中所述定日鏡的數(shù)量是偶數(shù)。
11. 如權(quán)利要求4所述的MHC模塊，其中所述接收器包括設(shè)在 所述FECFHD出口的至少一個(gè)聚光型光電池。
12. 如權(quán)利要求1所述的MHC模塊，其中所述定日鏡中的至少 兩個(gè)安裝在共用安裝框架上。
13. 如權(quán)利要求12所述的MHC模塊，其中所述至少兩個(gè)定日鏡 能繞著共用旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
14. 如權(quán)利要求12所述的MHC模塊，其中所述至少兩個(gè)定日鏡 借助于至少一個(gè)共用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)同時(shí)旋轉(zhuǎn)。
15. 如權(quán)利要求1所述的MHC模塊，還包括用于跟蹤太陽(yáng)的至 少一個(gè)局部控制器。
16. 如權(quán)利要求15所述的MHC模塊，所述MHC模塊連接到用 于監(jiān)測(cè)至少所述局部控制器的狀態(tài)的中央控制器。
17. 如權(quán)利要求1所述的MHC模塊，其中所述接收器還包括被 動(dòng)式散熱器。
全文摘要
一種用于利用太陽(yáng)能的多定日鏡聚光(MHC)系統(tǒng)具有至少一個(gè)MHC模塊。MHC模塊具有至少一個(gè)光學(xué)聚光器，該光學(xué)聚光器具有聚集反射表面、孔和光軸。優(yōu)選相對(duì)于光學(xué)聚光器的光軸對(duì)稱(chēng)定位的多個(gè)定日鏡將太陽(yáng)輻射同時(shí)朝著光學(xué)聚光器的孔反射。設(shè)在光學(xué)聚光器焦點(diǎn)區(qū)域的通量誤差修正和通量均勻化裝置提供了對(duì)聚集的太陽(yáng)輻射的進(jìn)一步聚集和通量均勻化。優(yōu)選包括聚光型光電池和可選被動(dòng)式散熱器的接收器用于有效和經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生電能。
文檔編號(hào)G02B5/10GK101595405SQ200680048775
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
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