一種免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能應用領域，具體來說，涉及一種無光象免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器。
【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，聚光形式主要有點聚焦和線聚焦，縱觀國內(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跟蹤系統(tǒng)、聚光面、跟蹤支架和傳動機械，才能保證以上跟蹤和聚光有效。因此，全自動跟蹤太陽能聚光器制造成本高，運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，盡管會簡化聚光器的結(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，由此導致其商業(yè)化發(fā)展非常緩慢。對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，簡化結(jié)構(gòu)，降低應用成本，提高可應用性，是其商業(yè)化進程中極需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(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)簡單，應用成本低的免跟蹤太陽能聚光器，即一種免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器，
[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合拋物面聚光器，包括復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、熱導流管、回流管、水平支撐架，集熱器、蓄熱箱均設有進、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拋物面反射鏡面的復合聚焦面上，并貼近平面反射鏡面豎向固定在平面反射鏡面支架上，兩個拋物面反光鏡面相向分設在集熱器的兩面，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流管與蓄熱箱的進口連接，蓄熱箱的出口通過回流管與集熱器的進口連接，復合拋物面聚光反射鏡面支架依據(jù)安裝該聚光器當?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合而生成，其生成方法是:依據(jù)應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的拋物線曲線坐標圖，在拋物線曲線坐標圖上，依據(jù)免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器是完全固定式還是定時可調(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應的二個截點C、D點，并截取，以焦點F為定點，將截取的位于I象區(qū)的COF半個拋物線段按順時針方向旋轉(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F與00直線上任意一點E，生成的COOD復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任意長，并按需要截取，截取段即為本發(fā)明一種免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器，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合聚光器的平面反射面，F(xiàn)E直線段平行移動生成的平面為該復合聚光器的復合集熱面。
[0006]所述復合聚焦面為復合生成的兩半個拋物線曲線段，形成兩亇聚焦線，連接焦點與該兩焦線頂點連線上任意點的直線，均可視為兩半個拋物線段的復合聚焦線，以此生成的聚焦面即為該復合拋物面聚光器的復合聚焦面，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合聚焦面上，凡照射到該復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)應用要求選擇拋物線焦距F，是依據(jù)安裝場所要求: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)化連片應用等各種各樣的應用條件。選擇不同的拋物線焦距，以生成適用各種應用條件的復合拋物面聚光器。
[0008]所述一種免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器，其特征在于:上述完全固定式免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器，是在拋物線曲線坐標圖上，分別選取與全反射臨界角為47度相對應的二截點處截取，其生成的該固定式免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器最大聚光比可達4倍。
[0009]所述可調(diào)節(jié)免跟蹤太陽能復合聚光器，是依據(jù)定時調(diào)節(jié)時間周期不同，選取不同的與其全反射臨界角相對應的二截點處截取，對復合拋物面聚光器而言，調(diào)節(jié)時間周期越短，選取的二截點處對應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應的截點處截取，其生成的免跟蹤太陽能復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8倍。若每月定時調(diào)節(jié)一次，選取與全反射臨界角為11度相對應截點處截取，其全反射臨界角為11度，最大有效聚光比可達20倍
[0010]所述全反射臨界角即為截點處外切線與焦線(或Y軸)的夾角，從該截點處截取生成的復合拋物面聚光鏡面上每個點，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合拋物面聚光器，是在拋物線曲線坐標圖上，分別選取與全反射臨界角為47度相對應的二截點處截取，二截點處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度相對應的二截點處截取，生成的固定式免跟蹤太陽能復合拋物面最大聚光比可達3.8倍，在全固定式免跟蹤條件下，該截點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，其截點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，其最大有效聚光比均小于3.8倍，唯有從該截點處截取的拋物線段生成的免跟蹤太陽能復合拋物面聚光鏡面，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、生成方法簡單。依據(jù)應用要求不同，選定拋物線曲線的焦距和聚光比很容易生成適應各種應用要求并具有較佳聚光效果的免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器，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)簡單，應用成本低。
[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，只有當光線平行光軸射入的瞬間，光線經(jīng)兩邊拋物線會聚后從光軸兩邊反射至焦點F。當光線斜向射入，偏離光軸射入的象區(qū)，光線經(jīng)會聚后，反射至焦點F上方光軸的延長線上為無效聚光。光線入射角每偏離10°，反射光線會聚點向上移動一倍焦距的距離，應用效果很差；本發(fā)明完全克服了以上弊端，當光線斜向射入，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合聚光器，單個面積可大到幾十m2，可小到不足一個m2，通過將單體組合成方陣，可大面積連片，在并聯(lián)場合可提供中、低溫熱源用于集中供熱，在串聯(lián)場合則可提供中、高溫熱源用于熱發(fā)電。另外，與光電池結(jié)合可成倍提高光電池的光照強度，提高光轉(zhuǎn)換率，降低光電池的應用成本。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]圖1為示出平面放置的全固定免跟蹤太陽能復合拋物面聚光器結(jié)構(gòu)示意圖，
[0017]圖中復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合拋物面聚光器端截面圖。
[0022]圖中12復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°，反射光線會聚在焦點上方光軸的延長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°，反射光線會聚在焦點上方光軸的延長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°，反射光線會聚在焦點上方光軸的延長線上四倍焦距的距離。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0031]實施例1:
[0032]應用要求:一是完全固定免跟蹤，二是平屋頂安放，三是應用場地為北瑋3