專利名稱：使用高次旋轉曲面的非成像反射的太陽能聚光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏裝置中的聚光器，特別是涉及ー種使用高次旋轉曲面的非成像反射的低成本、高效率的太陽能低倍及高倍聚光器。
背景技術：
高效率地利用太陽能進行光伏發(fā)電是解決世界能源問題的重大課題，由于太陽能是ー種低密度的能量，進行低倍聚光(2-20倍)或高倍聚光(20倍以上)是提高太陽能品質因素的方法之一。用于聚光光伏的聚光器有兩種類型折射聚光器和反射聚光器；前者大多數(shù)使用透鏡、光纖等；后者大多使用平面或曲面反射鏡。在目前現(xiàn)代技術的框架內，折射聚光器的成本要高于反射聚光器，所以在成本是ー個重要因素的太陽能的運用中，許多作者花了相當?shù)木ρ芯糠瓷渚酃馄魇强梢岳斫獾?。在反射聚光器中，一般使用軸對稱的兩級聚光，包括中央開孔的具有旋轉拋物面的一次反射鏡，安裝于該孔的光電器件形成的被聚光面和用于反射一次反射鏡的反射光線的二次反射鏡。按照傳統(tǒng)光學的設計，一次反射鏡及二次反射鏡的形狀皆使用旋轉拋物面或它們的變形，如復合拋物面等。由于所討論的聚光器的軸對稱性，我們可以在ニ維空間中討論這些設計，即以裝置的側視圖進行討論。使用傳統(tǒng)光學即使用旋轉拋物面的設計有下面幾種方法I、如圖I所示，二次反射鏡的面積與被聚光面大致相同，一次反射鏡的旋轉拋物面與二次反射鏡的旋轉拋物面是同焦的，這樣的設計可采用ニ維平面圖示。在圖I所示的設計中，一次反射鏡I的反射面積是二次反射鏡2反射面積的η倍，由于二次反射鏡本身的阻擋，也由于一次反射鏡開有內孔用于安裝光電器件，此部分不能反射太陽光線，所以投射到二次反射曲面上的光照是不完整覆蓋的，不完整覆蓋的光照經具備有成像性能的二次反射鏡再投射到被聚光面8上的光斑中心存在ー個光照盲區(qū)，此盲區(qū)的面積是
權利要求
1.一種軸對稱的非成像反射的聚光器，包括中央開孔的具有旋轉拋物面的一次反射鏡，安裝于該孔的光電器件形成的被聚光面和用于反射一次反射鏡的反射光線的二次反射鏡，其特征在于該二次反射鏡為使用高次旋轉曲面的非成像反射鏡，其將二次反射光線以無盲區(qū)的完整覆蓋的方式投射到被聚光面上。
2.根據(jù)權利要求I所述的聚光器，其特征是所述使用高次旋轉曲面的非成像二次反射鏡的曲面是由非成像聚光理論計算出的反射曲面。
3.根據(jù)權利要求I所述的聚光器，其特征是所述非成像二次反射鏡的曲面是由高次多項式函數(shù)，包括一次函數(shù)、二次函數(shù)和三次函數(shù)曲線的線段繞中心軸旋轉生成的曲面組成，此曲線可以用一般的多項式表示
4.根據(jù)權利要求I所述的聚光器，其特征是所述的非成像二次反射鏡的曲面可以由一次函數(shù)曲線中截取合適的線段并繞一次反射鏡的中心軸旋轉而成，此曲線可以用下式表示 y = kx+入[X G (0, X0)](3) 其中k、A是待定系數(shù)或常數(shù)，線段起點為X方向原點位于中心軸上，Xtl為線段終點的X方向坐標，k、A的選擇可以使所形成的二次反射面，將入射到該曲面上的不完整的一次反射光照以無盲區(qū)的完整覆蓋的方式反射到被聚光面上。
5.根據(jù)權利要求I所述的聚光器，其特征是所述非成像二次反射鏡的曲面可以由二次函數(shù)曲線中截取合適的線段并繞一次反射鏡的中心軸旋轉而成，此曲線可以用下式表示 其中10、a、r是待定常數(shù)，(_a，y0)是拋物線的頂點，r是拋物線的焦距，線段起點為x方向原點位于中心軸上，X0為線段終點的X方向坐標，y0, a, r的選擇可以使所形成的二次反射面，將入射到該曲面上的不完整的一次反射光照以無盲區(qū)的完整覆蓋的方式反射到被聚光面上。
6.根據(jù)權利要求I所述的聚光器，其特征是所述非成像二次反射鏡的曲面可以由三次函數(shù)曲線中截取合適的線段并繞一次反射鏡的中心軸旋轉而成，此曲線可以用下式表示y = a + □ (x+ Y ) 3 [x G (0, X0)] (5) 其中a、口、Y是待定常數(shù)，(_Y，a)是三次曲線拐點的坐標□是曲線的曲率的量度，線段起點為X方向原點位于中心軸上，Xtl為線段終點的X方向坐標，a、口、Y的選擇可以使所形成的二次反射面，將入射到該曲面上的不完整的一次反射光照以無盲區(qū)的完整覆蓋的方式反射到被聚光面上。
7.根據(jù)權利要求3-6任一項所述的聚光器，其特征是曲線線段的截取原理為使曲線線段將從該線段的中心軸相對側的一次反射鏡同被聚光面的交界點發(fā)出的一次反射光線反射投射到被聚光面的中心點，而同時將從該線段的中心軸相對側的一次反射鏡的邊緣點發(fā)出的一次反射光線反射到該線段的中心軸相同側的一次反射鏡同被聚光面的交界點。
8.根據(jù)權利要求3-6任一項所述的聚光器，其特征是曲線線段的截取原理為使曲線線段將從該線段的中心軸相對側的一次反射鏡同被聚光面的交界點發(fā)出的一次反射光線反射投射到該點，而同時將從該線段的中心軸相對側的一次反射鏡的邊緣點發(fā)出的一次反射光線反射到該線段的中心軸相同側的一次反射鏡同被聚光面的交界點。
9.根據(jù)權利要求1-8任一項所述的聚光器，其特征是該聚光器為太陽能聚光器，該光電器件為聚光電池。
10.根據(jù)權利要求1-8任一項所述的聚光器，其特征是一次反射鏡上設有高透射率的密封面，密封面中心部位設有非成像二次反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能光電聚光器，一種軸對稱的非成像反射的聚光器，包括中央開孔的具有旋轉拋物面的一次反射鏡，安裝于該孔的光電器件形成的被聚光面和用于反射一次反射鏡的反射光線的使用高次旋轉曲面制成的非成像二次反射鏡，其將二次反射光線以無盲區(qū)的完整覆蓋的方式投射到聚光面上。二次反射鏡的曲面形狀是由無光像聚光理論計算出的高次旋轉曲面，它們是由高次多項式函數(shù)，包括一次函數(shù)、二次函數(shù)和三次函數(shù)曲線線段繞中心軸旋轉生成。高次旋轉反射鏡是一種克服了傳統(tǒng)的二次反射鏡的會在被聚光面上產生盲區(qū)的缺點的新的光學器件，此聚光器可用于低倍(2倍-20倍)或高倍的太陽能聚光，具有無盲區(qū)、光照均勻、成本低，發(fā)電效率高的優(yōu)點。
文檔編號H01L31/052GK102809807SQ20121029714
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權日2012年7月18日
發(fā)明者陳應天 申請人:陳應天