一種分段式等光強反射聚光鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于透鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分段式等光強反射聚光鏡，包括若干段依次連接的平面聚光鏡單元，位于正中間的平面聚光鏡單元與水平面平行，位于正中間的平面聚光鏡單元設(shè)置為基準單元，并且設(shè)置于基準單元的右端的平面聚光鏡單元的傾斜度均不相同；設(shè)置于基準單元的左端的平面聚光鏡單元的傾斜度均不相同。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型設(shè)計為分段式反光鏡的均勻反射聚光，在確定了光伏板的寬度和垂直高度后，能夠自適應(yīng)地設(shè)計出當前條件下對光能利用率最大的反射聚光鏡的擺放位置，本實用新型在保證聚光能力和聚光均勻的前提下，能有效降低裝置的高度，并且使光線均勻分布在光伏板上，從而降低了因光伏板局部溫度過高而被損壞的風險。
【專利說明】
-種分段式等光強反射聚光鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于透鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種分段式等光強反射聚光鏡。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能作為地球上所有能源的總源頭，不僅綠色環(huán)保，而且儲量巨大，可持續(xù)利 用，是當今研究的前沿W及熱點。但由于加工工藝W及現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計存在種種弊端，導(dǎo)致 太陽能的利用率較低且成本消耗嚴重，因此，如何能W低成本實現(xiàn)太陽能的高效率利用，也 成為了科學家研究的方向。
[0003] 關(guān)于太陽能聚光發(fā)電的國際性會議首次在2002年5月召開，會議表明光伏聚光系 統(tǒng)是一項很有潛力的技術(shù)，光伏技術(shù)即通過反射鏡或透鏡使太陽光福照度加強后投射到面 積小但性能優(yōu)的光伏板上，提高太陽能光照的利用率并降低成本，進一步實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0004] 研究學家對反射鏡的聚光特性進行模擬研究的結(jié)果表示，微小的反射鏡面形變化 也會明顯降低聚光效果，但現(xiàn)今許多研究中都忽視反射鏡面形所帶來的聚光效果影響，近 似地認為反射鏡是直接將太陽光線反射聚集到光伏板平面上。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的反射聚 光鏡存在局部受熱不均勻的缺陷，容易導(dǎo)致光伏板因局部溫度過高而損壞，聚光集熱效果 不甚理想。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的反射聚光鏡的設(shè)計方法復(fù)雜，且不能實現(xiàn)靈活的調(diào)整。
[0005] 有鑒于此，本實用新型旨在提供一種分段式等光強反射聚光鏡，其抓住反射鏡面 形變化能改變聚光效果的特點，采用分段式設(shè)計的思想，對每塊不同高度W及傾斜角度的 反射鏡通過精密計算制成，從而進一步增強聚光系統(tǒng)的聚光效果，提高太陽能的轉(zhuǎn)化效率。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的之一在于:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種分段式等光強反 射聚光鏡，其抓住反射鏡面形變化能改變聚光效果的特點，采用分段式設(shè)計的思想，對每塊 不同高度W及傾斜角度的反射鏡通過精密計算制成，從而進一步增強聚光系統(tǒng)的聚光效 果，提高太陽能的轉(zhuǎn)化效率。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用如下技術(shù)方案：
[000引一種分段式等光強反射聚光鏡，包括若干段依次連接的平面聚光鏡單元，W水平 面為基準，位于正中間的所述平面聚光鏡單元與水平面平行，位于正中間的所述平面聚光 鏡單元設(shè)置為基準單元，并且設(shè)置于所述基準單元的右端的所述平面聚光鏡單元的傾斜度 均不相同；設(shè)置于所述基準單元的左端的所述平面聚光鏡單元的傾斜度均不相同。
[0009] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，所述反射聚光鏡W所述基 準單元的縱向中屯、線所在直線為對稱軸對稱設(shè)置。
[0010] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，設(shè)置于所述基準單元的右 側(cè)的每段所述平面聚光鏡單元的長度均不同；設(shè)置于所述基準單元的左側(cè)的每段所述平面 聚光鏡單元的長度均不同。
[0011] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，設(shè)置于所述基準單元的右 端的所述平面聚光鏡單元的傾斜度向右逐漸增加;設(shè)置于所述基準單元的左端的所述平面 聚光鏡單元的傾斜度向左逐漸增加。
[0012] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，位于最右端的所述平面聚 光鏡單元與水平面之間的夾角小于90°。
[0013] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，所述位于正中間的平面聚 光鏡單元設(shè)置為非反光鏡。
[0014] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，設(shè)置于所述基準單元的左 側(cè)和右側(cè)的所述平面聚光鏡單元的段數(shù)均為2-10段。
[0015] 作為本實用新型分段式等光強反射聚光鏡的一種改進，從所述基準單元往右計， 第i段平面聚光鏡單元的左端點為(xii，yii)，其中i大于或等于1，則該段平面聚光鏡單元的 右端點為：
[0016]
[0017]其中，d為光伏板的長度的l/2，ki為該段平面聚光鏡單元的左端點與光伏板的左 端點的連線的斜率，k/ 11為該段平面聚光鏡單元的斜率；
[001引11的計算公式為：
[0019]
[0020] 其中，Θ為該段平面聚光鏡單元與水平面的傾斜角度，d為光伏板的長度的1/2，曰1 為該段平面聚光鏡單元的左端點與光伏板的左端點的連線和法線的夾角，h為光伏板的垂 直高度。
[0021] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型設(shè)計為分段式反光鏡的均勻反射聚光，在確定了光 伏板的寬度和垂直高度后，能夠自適應(yīng)地設(shè)計出當前條件下對光能利用率最大的反射聚光 鏡的擺放位置，相對于傳統(tǒng)的設(shè)計，本實用新型在保證聚光能力和聚光均勻的前提下，能有 效降低裝置的高度，并且使光線均勻分布在光伏板上，從而具有很好地抗風效果，也降低了 因光伏板局部溫度過高而被損壞的風險。
[0022] 本實用新型的另一個目的在于提供一種分段式等光強反射聚光鏡的設(shè)計方法，包 括W下步驟：
[0023] S1，設(shè)光伏板的長度為2d，光伏板在地面上的投影處的長度也為2d，并且投影處設(shè) 置長度為2d的基準單元，或者稱為第0段平面聚光鏡單元；
[0024] S2,定義太陽光垂直照射時的光線向量為/·'={0.。'\且其模為1;對于第0段平面聚 光鏡單元，其右端點坐標為(d，0)，假設(shè)反射聚光鏡的加工工藝的最小精度為cUin，則設(shè)定每 段平面聚光鏡單元的初始長度為1，制造每段平面聚光鏡單元的長度必須大于dmin，即1〉 dmin；
[0025] S3,對于第i(i含1)段平面聚光鏡單元，任一段平面聚光鏡單元的左端點為(xii, yii)，根據(jù)該點與光伏板的左端點的連線和法線的夾角〇1、光伏板的垂直高度h，確定該段平 面聚光鏡單元的斜率11，它們滿足W下方程：
[0026]
[0027] S4,根據(jù)光伏板的長度2d、任一段平面聚光鏡單元的左端點與光伏板的左端點的 連線的斜率ki和該段平面聚光鏡單元的斜率11，確定該段平面聚光鏡單元的右端點(χ/ 11， y' ii):
[002引
[0029] S5，W完成設(shè)計的平面聚光鏡單元的右端點（χ/11，/11)作為下一段相連接的平面 聚光鏡單元的左端點，令xi+i,i = x' ii，yi+i,i=y' ii;
[0030] S6，重復(fù)第S3~S5，依次計算反射聚光鏡的每一段平面聚光鏡單元，直至當其與水 平面的傾斜角度Θ接近!，或長度小于加工工藝所能達到的最小精度時，則停止右半部分反 光鏡的制造，然后將右半邊的設(shè)計W第0段平面聚光鏡單元的縱向中屯、線為對稱軸對稱得 到左半邊部分反光鏡的設(shè)計，此時完成了整個反射聚光鏡的設(shè)計。
[0031] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型提供的設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，只需要給 出光伏板的寬度與光伏板的垂直高度，即可獲得符合需求的反射聚光鏡，設(shè)計方法簡單，調(diào) 整靈活且設(shè)計成本低。而且，本實用新型設(shè)計的反射聚光鏡中，位于基準單元的同一側(cè)的每 一段平面聚光鏡單元的長度均不同，從而確保了在不同的高度下，每一段平面聚光鏡單元 都能把當前位置的光線全部均勻地反射到光伏板上。此外，本實用新型設(shè)計的反射聚光鏡 為分段式平面鏡，反射的光線具有等光強、均勻分布的特點，因此，相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法 來說，本實用新型的聚光集熱效果較好，并且克服了光伏板局部受熱不均勻的弊端。
[0032] 總之，本實用新型抓住反射鏡面形變化能改變聚光效果的特點，采用分段式設(shè)計 的思想，對每段不同高度W及傾斜角度的平面聚光鏡單元通過精密計算制成，從而進一步 增強聚光系統(tǒng)的聚光效果，提高太陽能的轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖2為本實用新型的設(shè)計步驟符號細節(jié)圖。
[0035] 圖3為本實用新型的聚光光路聚焦效果圖。
[0036] 圖4為本實用新型聚光光線整體仿真聚焦效果圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合實施例對本實用新型及其有益效果作進一步詳細的描述，但本實用新型 的實施方式并不限于此。
[0038] 如圖1所示，本實用新型提供的一種分段式等光強反射聚光鏡，包括若干段依次連 接的平面聚光鏡單元1，W水平面為基準，位于正中間的平面聚光鏡單元與水平面平行，位 于正中間的平面聚光鏡單元設(shè)置為基準單元2,并且設(shè)置于基準單元2的右端的平面聚光鏡 單元1的傾斜度均不相同；設(shè)置于基準單元2的左端的平面聚光鏡單元1的傾斜度均不相同。 也就是說，本實用新型是由若干段平面聚光鏡單元1依次連接而成，并且相鄰的兩段平面聚 光鏡單元1之間的傾斜程度不同，W使得該反射聚光鏡反射的光線具有等光強、均勻分布的 特點。
[0039] 反射聚光鏡W基準單元2的縱向中屯、線所在直線為對稱軸對稱設(shè)置，即整個反射 聚光鏡是對稱結(jié)構(gòu)，運樣不僅便于設(shè)計，而且便于實現(xiàn)等光強。
[0040] 設(shè)置于基準單元2的右側(cè)的每段平面聚光鏡單元1的長度均不同；設(shè)置于基準單元 2的左側(cè)的每段平面聚光鏡單元1的長度均不同，從而確保在不同的高度下，每一段平面聚 光鏡單元1都能把當前位置的光線全部均勻地反射到光伏板上。
[0041] 設(shè)置于基準單元2的右端的平面聚光鏡單元1的傾斜度向右逐漸增加;設(shè)置于基準 單元2的左端的平面聚光鏡單元1的傾斜度向左逐漸增加。設(shè)置于基準單元2的左側(cè)和右側(cè) 的平面聚光鏡單元1的段數(shù)分別為2-10段。
[0042] 位于最右端的平面聚光鏡單元1與水平面之間的夾角小于90%從而整個反射聚光 鏡呈開放式結(jié)構(gòu)，即平面聚光鏡單元1從基準單元2分別向左右兩端逐漸向上延伸、伸展。
[0043] 位于正中間的平面聚光鏡單元1設(shè)置為非反光鏡，運是因為光伏板不透明，因此在 其投影處無需放置反光鏡。
[0044] 從基準單元2往右計，第i段平面聚光鏡單元1的左端點為(xii，yn)，其中i大于或 等于1，則該段平面聚光鏡單元1的右端點(χ/11，/11)為：
[0045]
[0046] 其中，d為光伏板的長度的l/2，ki為該段平面聚光鏡單元1的左端點與光伏板的左 端點的連線的斜率，k/ 11為該段平面聚光鏡單元的斜率；
[0047] k^ii的計算公式為：
[004引
[0049]其中，Θ為該段平面聚光鏡單元1與水平面的傾斜角度，d為光伏板的長度的1/2，曰1 為該段平面聚光鏡單元1的左端點與光伏板的左端點的連線和法線的夾角，h為光伏板的垂 直高度。
[0050] 總之，本實用新型設(shè)計為分段式反光鏡的均勻反射聚光，在確定了光伏板的寬度 和垂直高度后，能夠自適應(yīng)地設(shè)計出當前條件下對光能利用率最大的反射聚光鏡的擺放位 置，相對于傳統(tǒng)的設(shè)計，本實用新型在保證聚光能力和聚光均勻的前提下，能有效降低裝置 的高度，并且使光線均勻分布在光伏板上，從而具有很好地抗風效果，也降低了因光伏板局 部溫度過高而被損壞的風險。
[0051] 如圖2所示，本實用新型還提供了一種分段式等光強反射聚光鏡的設(shè)計方法，包括 W下步驟：
[0052] S1，設(shè)光伏板3的長度為2d，光伏板3在地面上的投影處的長度也為2d，并且投影處 設(shè)置長度為2d的基準單元2，或者稱為第0段平面聚光鏡單元；
[0053] S2,定義太陽光垂直照射時的光線向量為?("/，且其模為1;對于第0段平面聚 光鏡單元，其右端點坐標為(d，0)，假設(shè)反射聚光鏡的加工工藝的最小精度為cUin，則設(shè)定每 段平面聚光鏡單元1的初始長度為1，制造每段平面聚光鏡單元1的長度必須大于cUin，即1〉 dmin；
[0054] S3,對于第i(i含1)段平面聚光鏡單元1，任一段平面聚光鏡單元1的左端點為(xii， yii)，根據(jù)該點與光伏板3的左端點的連線和法線的夾角αι、光伏板3的垂直高度h，確定該段 平面聚光鏡單元1的斜率k/ 11，它們滿足W下方程：
[0化5]
[0056] S4,根據(jù)光伏板3的長度2d、任一段平面聚光鏡單元1的左端點與光伏板的左端點 的連線的斜率ki和該段平面聚光鏡單元1的斜率11，確定該段平面聚光鏡單元1的右端點 (X' ii,y' ii):
[0化7]
[0化引S5，W完成設(shè)計的平面聚光鏡單元1的右端點（χ/11，/11)作為下一段相連接的平 面聚光鏡單元1的左端點，令xi+i,i = x/ ii，yi+i,i=/ ii;
[0059] S6，重復(fù)第S3~S5，依次計算反射聚光鏡的每一段平面聚光鏡單元，直至當其與水 平面的傾斜角度Θ接近V2,或長度小于加工工藝所能達到的最小精度時，則停止右半部分 反光鏡的制造，然后將右半邊的設(shè)計W第0段平面聚光鏡單元的縱向中屯、線為對稱軸對稱 得到左半邊部分反光鏡的設(shè)計，此時完成了整個反射聚光鏡的設(shè)計。
[0060] 如圖3和圖4所示分別為本實用新型的聚光光路聚焦效果圖和聚光光線整體仿真 聚焦效果圖，由圖可知，本實用新型可W實現(xiàn)反射光線的等光強和均勻分布，從而保證聚光 的均勻性、較好的聚光聚熱效果，W克服光伏板3局部受熱不均勻的弊端。
[0061] 總之，本實用新型提供的設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，只需要給出光伏板3的 寬度與光伏板3的垂直高度，即可獲得符合需求的反射聚光鏡，設(shè)計方法簡單，調(diào)整靈活且 設(shè)計成本低。而且，本實用新型設(shè)計的反射聚光鏡中，位于基準單元2的同一側(cè)的每一段平 面聚光鏡單元1的長度均不同，從而確保了在不同的高度下，每一段平面聚光鏡單元1都能 把當前位置的光線全部均勻地反射到光伏板3上。此外，本實用新型設(shè)計的反射聚光鏡為分 段式平面鏡，反射的光線具有等光強、均勻分布的特點，因此，相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法來說， 本實用新型的聚光集熱效果較好，并且克服了光伏板3局部受熱不均勻的弊端。
[0062] 總之，本實用新型抓住反射鏡面形變化能改變聚光效果的特點，采用分段式設(shè)計 的思想，對每段不同高度W及傾斜角度的平面聚光鏡單元1通過精密計算制成，從而進一步 增強聚光系統(tǒng)的聚光效果，提高太陽能的轉(zhuǎn)化效率。
[0063] 根據(jù)上述說明書的掲示和教導(dǎo)，本實用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可W對上述實 施方式進行變更和修改。因此，本實用新型并不局限于上面掲示和描述的【具體實施方式】，對 本實用新型的一些修改和變更也應(yīng)當落入本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡 管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但運些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本實用新型 構(gòu)成任何限制。
【主權(quán)項】
1. 一種分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:包括若干段依次連接的平面聚光鏡單 元，以水平面為基準，位于正中間的所述平面聚光鏡單元與水平面平行，位于正中間的所述 平面聚光鏡單元設(shè)置為基準單元，并且設(shè)置于所述基準單元的右端的所述平面聚光鏡單元 的傾斜度均不相同；設(shè)置于所述基準單元的左端的所述平面聚光鏡單元的傾斜度均不相 同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:所述反射聚光鏡以所 述基準單元的縱向中心線所在直線為對稱軸對稱設(shè)置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:設(shè)置于所述基準單元 的右側(cè)的每段所述平面聚光鏡單元的長度均不同；設(shè)置于所述基準單元的左側(cè)的每段所述 平面聚光鏡單元的長度均不同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:設(shè)置于所述基準單元 的右端的所述平面聚光鏡單元的傾斜度向右逐漸增加;設(shè)置于所述基準單元的左端的所述 平面聚光鏡單元的傾斜度向左逐漸增加。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:位于最右端的所述平 面聚光鏡單元與水平面之間的夾角小于90°。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:所述位于正中間的平 面聚光鏡單元設(shè)置為非反光鏡。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:設(shè)置于所述基準單元 的左側(cè)和右側(cè)的所述平面聚光鏡單元的段數(shù)均為2-10段。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式等光強反射聚光鏡，其特征在于:從所述基準單元往右 計，第i段平面聚光鏡單元的左端點為(Xll，yu)，其中i大于或等于1，則該段平面聚光鏡單 元的右端點(X' ilY il)為：其中，d為光伏板的長度的1/2，!^為該段平面聚光鏡單元的左端點與光伏板的左端點的 連線的斜率，k' n為該段平面聚光鏡單元的斜率； k'u的計算公式為：其中，9為該段平面聚光鏡單元與水平面的傾斜角度，d為光伏板的長度的l/2，ai為該段 平面聚光鏡單元的左端點與光伏板的左端點的連線和法線的夾角，h為光伏板的垂直高度。
【文檔編號】G02B19/00GK205485035SQ201620173567
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】李弘 , 郭承軍, 吳賀揚, 伍嘉文, 曾曉南, 張金喜, 黃羽中, 李本棟
【申請人】東莞華南設(shè)計創(chuàng)新院, 廣州數(shù)銳智能科技有限公司