本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于收集太陽(yáng)輻射并將其聚焦到光伏電池或熱伏電池的接收太陽(yáng)能設(shè)備，具體涉及一種大接收角度免跟蹤的太陽(yáng)能聚光器。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能以綠色環(huán)保、取之不盡、易于開(kāi)發(fā)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)在新型能源開(kāi)發(fā)中占據(jù)了重要的一席之地。針對(duì)太陽(yáng)能能流密度低而設(shè)計(jì)的各種太陽(yáng)能聚光器應(yīng)運(yùn)而生。目前太陽(yáng)能聚光器主要包括兩種。一種是跟蹤式聚光器，即設(shè)計(jì)同步跟蹤系統(tǒng)追蹤太陽(yáng)方向來(lái)進(jìn)行聚光；另一種是免跟蹤式聚光器，主要利用各種結(jié)構(gòu)對(duì)光線折射和反射來(lái)適應(yīng)大范圍偏轉(zhuǎn)的太陽(yáng)角度，從而達(dá)到聚光目的。跟蹤式聚光器，聚光倍率高，但接收角度不大，跟蹤精度直接影響聚光倍率。因而免跟蹤式聚光器越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

太陽(yáng)東升西落，相對(duì)某固定位置，每小時(shí)角度變化15o。四季交替，相對(duì)某固定位置，四季的變化太陽(yáng)會(huì)變化約±23o。這對(duì)于免跟蹤聚光器提出了挑戰(zhàn)。目前，免跟蹤式聚光器分為三類，分別是折射式，反射式和折反混合式。

發(fā)明專利（CN102122061A）免跟蹤式低聚光太陽(yáng)能聚光器、太陽(yáng)能聚光器陣列和波導(dǎo)聚光器，公開(kāi)了一種用于收集太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射聚集到諸如光伏電池或熱伏電池的接收裝置的低聚光太陽(yáng)能設(shè)備。屬于反射式聚光器，聚光倍率較低，只有2.875倍。能量利用率不高。

發(fā)明專利（CN103684240A）聚光型太陽(yáng)能電池模組，公開(kāi)了一種以透明球體作為聚光元件的聚光器，屬于折射式聚光器。但由于其接收角度較小，無(wú)法保證太陽(yáng)在一天中的任何時(shí)間都能以最大倍率聚焦，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的免跟蹤還有一定的困難。因而專利中提供了兩種跟蹤方式，以彌補(bǔ)這一不足。

發(fā)明專利（CN104143954A）一種適用于太陽(yáng)能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器，公開(kāi)了一種適用于太陽(yáng)能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器。屬于反射式聚光器，其結(jié)構(gòu)和原理與發(fā)明專利（CN103684240A）一種適用于太陽(yáng)能光伏和光熱的新型免跟蹤式聚光器，與發(fā)明專利（CN102122061A）免跟蹤式低聚光太陽(yáng)能聚光器、太陽(yáng)能聚光器陣列和波導(dǎo)聚光器類似，其接收角相較于專利CN103684240A大一些。

發(fā)明專利（CN101388418A）便攜免跟蹤式非成像太陽(yáng)能聚光裝置。公開(kāi)了一種由聚焦透鏡，非成像透鏡，光伏電池，封閉外殼組成的一種折反混合式聚光器。其接收角為±10o。而每小時(shí)太陽(yáng)就要改變15o的照射角度，由此可見(jiàn)，此聚光器適應(yīng)太陽(yáng)角度變化的能力較弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利跟據(jù)以上太陽(yáng)能聚光器的不足提出一種大接收角度免跟蹤太陽(yáng)能聚光器，應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏電池或熱伏電池的聚光系統(tǒng)中。

本發(fā)明專利所提出的大接收角度免跟蹤太陽(yáng)能聚光器由折射式透鏡、反射鏡筒及太陽(yáng)能接收器組成。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，折射式透鏡是菲涅爾透鏡。其材料為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，折射式透鏡是球面透鏡，其材料為玻璃。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，折射式透鏡是球面透鏡，其材料為塑料。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，折射式透鏡是非球面透鏡，其材料為玻璃。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，折射式透鏡是非球面透鏡，其材料為塑料。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，太陽(yáng)能接收器是光伏電池。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，太陽(yáng)能接收器是熱伏電池。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，太陽(yáng)能接收器是其它熱太陽(yáng)裝置。

反射鏡筒位于折射式透鏡之后，太能接收器之前。依據(jù)太陽(yáng)能接收器的形狀可以設(shè)計(jì)為四個(gè)或多個(gè)平面反射鏡組合而成。

依據(jù)本發(fā)明專利的一個(gè)方面，反射鏡為前表面反射，鍍銀。

折射式透鏡的焦距及口徑與聚光倍率有關(guān)，且太陽(yáng)能接收器放置與折射式透鏡焦面前，其位置由聚光倍率確定。

反射鏡的尺寸與傾角與聚光倍率、折射式透鏡的口徑、折射式透鏡的焦距、太陽(yáng)能接收器的尺寸，同時(shí)還要考慮拉氏不變量進(jìn)行確定。

附圖說(shuō)明

附圖1，太陽(yáng)垂直入射時(shí)光線在大接收角度免跟蹤太陽(yáng)能聚光器內(nèi)走向示意圖。

附圖2，太陽(yáng)以±12o角度入射時(shí)光線在大接收角度免跟蹤太陽(yáng)能聚光器內(nèi)走向示意圖。

附圖3，太陽(yáng)以±24o角度入射時(shí)光線在大接收角度免跟蹤太陽(yáng)能聚光器內(nèi)走向示意圖。

附圖4，一維跟蹤旋轉(zhuǎn)方向示意圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖說(shuō)明本發(fā)明，其中類似的附圖標(biāo)記用于表示類似的元件。

實(shí)施方式1

圖1為四倍聚焦太陽(yáng)能聚光器，折射式透鏡（10）為菲涅爾透鏡，材料為PMMA。太陽(yáng)能接收器（20）為光伏型太陽(yáng)能電池板，反射鏡筒（30）采用四片形式，前表面反射，鍍銀。菲涅爾透鏡與太陽(yáng)能電池板平行。

安裝固定時(shí)，將菲涅爾透鏡一面朝向天空，盡量保證太陽(yáng)能電池板與地面平行，將太陽(yáng)能電池板固定在地面上。

太陽(yáng)能聚光器設(shè)備被設(shè)計(jì)成能夠?qū)μ?yáng)日射范圍進(jìn)行工作。在一年期間，由于地軸的傾斜，太陽(yáng)相對(duì)于地球的傾角變化約為46o。太陽(yáng)能聚光設(shè)備被設(shè)計(jì)成接收角度大于46o，實(shí)現(xiàn)了年免跟蹤。在實(shí)現(xiàn)日免跟蹤時(shí)，特定時(shí)間段可以達(dá)到四倍聚光，其它時(shí)間聚光倍率會(huì)低一些。

由于太陽(yáng)能電池板為方形，固菲涅爾透鏡也設(shè)計(jì)成方形。

太陽(yáng)垂直入射時(shí)，如圖1，聚光器入射端面處照明范圍內(nèi)平均輻照度為416.64 W/m²。總功率51.0W。

聚光器聚焦后，太陽(yáng)能電池板聚焦范圍內(nèi)平均輻照度為1779.3 W/m²。 總功率43.3W。

能量利用率：入射到太陽(yáng)能電池板的輻射通量/入射到聚光器入射端面處的輻射通量≈84.9%。

太陽(yáng)能電池板平均輻照度/聚光器入射端面處平均輻照度=4.27。

太陽(yáng)以±12o角傾斜入射時(shí)，如圖2，聚光器入射端面處照明范圍內(nèi)平均輻照度為407.48 W/m²。 總功率49.92W。

聚光器聚焦后，太陽(yáng)能電池板聚焦范圍內(nèi)平均輻照度為1695.0 W/m²。總功率41.26W。

能量利用率：入射到太陽(yáng)能電池板的平均輻射通量/入射到聚光器入射端面處的輻射通量≈82.7%。

太陽(yáng)能電池板平均輻照度/聚光器入射端面處平均輻照度=4.16。

太陽(yáng)以±24o角傾斜入射時(shí)，如圖3，聚光器入射端面處照明范圍內(nèi)平均輻照度為380.1 W/m²。 總功率46.6W。

聚光器聚焦后，太陽(yáng)能電池板聚焦范圍內(nèi)平均輻照度為1376.7 W/m²?？偣β?3.5W。

能量利用率：入射到太陽(yáng)能電池板的平均輻射通量/入射到聚光器入射端面處的輻射通量≈71.9%。

太陽(yáng)能電池板平均輻照度/聚光器入射端面處平均輻照度=3.62。

在±24o的范圍內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)四倍聚焦。均勻性良好，可以用于太陽(yáng)能電池聚光器。

實(shí)施方式2

將太陽(yáng)能聚光器固定于一個(gè)一維轉(zhuǎn)臺(tái)上，東西方向?qū)崟r(shí)跟蹤太陽(yáng)，跟蹤精度優(yōu)于3o。如圖4所示。以40箭頭所示的方向跟蹤沿東西方向跟蹤太陽(yáng)。

此時(shí)可以保證日照時(shí)間內(nèi)聚光倍率始終保持最高。以四倍聚光為例，聚光器入射端面處照明范圍內(nèi)平均輻照度為416.64 W/m²?？偣β?1.0W。

聚光器聚焦后，太陽(yáng)能電池板聚焦范圍內(nèi)平均輻照度為1779.3 W/m²。 總功率43.3W。

能量利用率：入射到太陽(yáng)能電池板的輻射通量/入射到聚光器入射端面處的輻射通量≈84.9%。

太陽(yáng)能電池板平均輻照度/聚光器入射端面處平均輻照度=4.27。