[发明专利]复合抛物面聚光器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种非成像的聚光装置，属于太阳能利用领域。

背景技术

复合抛物面聚光器(CPC)，由美国芝加哥大学温斯顿教授(Winston)在高能 物理实验中，为检测微弱的Cherenkov辐射研制成功的。是一种根据边缘光学原 理设计的非成像聚光器，可将给定接收叫范围内的入射光线按理想聚光比收集到 接收器上。它由两片槽型抛物面反射镜组成，吸收体装设在底部，它可达到的聚 光比一般在10以下。入射太阳光线在CPC中通过几次反射到达接收面，流失较 少，还可对斜入射的太阳光进行有效收集。这种聚光器聚光而不成像，因而在工 作时只需做季节性调整，无须连续跟踪。当聚光比在3以下时，可以作为不须调 整的固定聚光器。CPC不但能接收直射太阳辐射，还能很好的接收散射辐射。对 聚光面型加工精度要求不是很严格，又无须跟踪机构，有着广泛的运用前景。

70年代末期，研究工作有很大进展，内容包括CPC与不同形式的接收器的 结合以及CPC的设计研究，对CPC的光学性能和热性能进行系统的分析研究等。 但是在这些研究中，CPC的接收器大部分为平板接收器，只有少量非真空圆管接 收器和极少的真空圆管接收器，而且以小聚光比为主，主要用于太阳能热水器或 热水系统，经济性和实用性都不强。近10年来CPC的研究重点为圆管型(包括非 真空圆管和真空管)，目的是为了得到较高温度的热载体，甚至是得到蒸汽。例 如湘潭大学袁胜利等提到用太阳能热管集热器与CPC系统结合，生产采用几何聚 光比为5的CPC系统，最终得到的160℃饱和水蒸气。现在对CPC研究的另一个 热点是由CPC与光伏电池结合起来组成聚光光伏系统(CPC-PV)。西安交通大学的 舒远等对一个非对称CPC-PV系统的性能进行了数值模拟计算，得出采用CPC聚 光器不仅可以可以提高光伏电池的输出功率，还能平衡光伏电池在冬夏的功率输 出。

普通CPC的主体部分为两片抛物面反射板，纵切面如附图1。图中AD和BC 为抛物线，关于中心轴对称；AC和BD为CPC的入射限制线，分别与抛物线的主 轴平行(或为CPC的主轴)；AB(长度为d₁)是CPC的开口，CD(长度为d₂)为其接收 面；入射限制线与对称轴夹角称为接收半角(用θ表示)。当从CPC上端开口入射 的光线入射角小于或等于θ时，可直接或者经过反射最终CPC的下端开口射出被 利用，而当入射角大于θ时，光线经过多次反射从的上端口射出不能被利用。所 以在CPC中θ是一个关键的参数，它的大小直接决定了CPC的几何聚光比C：

C＝1/sinθ

反射面抛物线方程：

Y＝X²/4f

其中f为焦距：

f＝d₂(sinθ+1)/2

这样的CPC存在一个不可忽视的缺陷，即随着聚光比的增大，CPC的接收半角逐 渐减小，CPC接收到的太阳光线逐渐减少，光学效率随之降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对太阳光接收半角更大，且不损失其光学效率的 复合抛物面聚光器。

一种复合抛物面聚光器，其反射面的抛物面方程由聚光比和底面长度确定， 其特征是：在反射面内部具有电介质层，且电介质层形状及厚度由反射面的抛物 面绕其上边缘点向内旋转2-5度形成。

上述反射面的抛物面绕其上边缘点向内旋转的角度为3度时最佳，此时既增 大了CPC对太阳光的接收半角，又不损失其光学效率。

上述反射面可以为金属反射面。或者为电介质层外表面覆有的反射性涂层。

本发明克服了当CPC聚光比增大时，接收半角减小，聚光器光学效率降低， 且需要作季节型调整的缺陷，扩大了CPC对太阳光的接收半角，且不损失其光学 效率。

附图说明

图1是普通CPC的纵切面结构图。

图2是本发明的新型复合抛物面的结构图。

图中标号名称，1.抛物线反射面，2.接收面，3.电介质。

具体实施方式