[发明专利]太阳能均匀光叠加反射聚光镜的设计方法

权利要求书

1.太阳能均匀光叠加反射聚光镜的设计方法，是一种受聚光面为倾斜朝下光电池板的太阳能均匀光叠加反射聚光镜的几何作图设计方法，聚光镜及光电池板都固定在太阳跟踪器的平面架上，单轴太阳跟踪器的平面架的平面法线与水平面的夹角跟踪太阳高度角保持时刻相等，太阳时正午时刻与太阳光线平行并指向太阳，双轴太阳跟踪器的平面架的平面法线与太阳光线平行并时刻指向太阳；约定用X-Z二维直角坐标系来表示聚光镜横断面的每条反光镜的横断面线段和光电池板横断面线段的长度及它们的空间相对位置；X轴平行于太阳跟踪器平面架的平面，是聚光镜宽度坐标；Z轴垂直于太阳跟踪器平面架的平面，是聚光镜高度坐标；X-Z坐标系的原点在太阳跟踪器平面架的平面上；以正午时刻入射光线和聚光镜的反射光线来表示其它时刻聚光镜受到的入射光线和所反射光线在聚光镜横断面的投影线；光电池板的横断面线段记作PQ，受光面宽度W用线段PQ长度表示，光电池板与X轴倾斜角用线段PQ与X轴夹角α表示，0≤α≤π/2，光电池板的位置由线段PQ的坐标表示，P点坐标为X_P＝0，Z_P＝f，Q点坐标为X_Q＝Wcosα，Z_Q＝Z_P+Wsinα，线段Zp的长度为聚光镜的名义焦距f；与X轴倾斜布置的光电池板，只接收同侧半槽形反射聚光镜的各条反光镜所反射的太阳光线；所述半槽形聚光镜的各条反光镜用排放序号i标记，i＝1，2，…，n，每条反光镜的横断面线段起点和终点分别用P_i和P_i+1标记，用β_i表示第i反光镜对X轴的倾角；其特征在于：所述聚光镜是由数目大于2的有限数的平板反光镜和排放平板反光镜的折线反光镜槽框架组成；所述聚光镜的平板反光镜有序排放固定在折线槽框架上，每条平板反光镜所反射的太阳光都正好落满在设定的光电池板的受照面上；采用几何作图法，设计每条平板反光镜的宽度、及其固定在折线槽框架上的坐标位置，只需要使在聚光镜横断面上的每条反光镜的横断面线段的两端点所反射的两条平行光线在横断面上的投影线，相当于反光镜的横断面线段的两端点在太阳时正午时刻所反射的两条平行光线，分别落在光电池板横断面线段的两端点；所述半槽形反射聚光镜的各条反光镜横断面线段起点和终点分别用P_i和P_i+1的空间位置和反光镜宽度，也即折线槽框架的各折线段的位置和长度，用正午时刻光路作图法依序求出；第一步，过光电池板的右边点Q作与Z轴平行的入射光线P₁Q₁，得到与X轴交点P₁，求出第1反光镜横断面线段的起点P₁；第二步，过起点P₁点作投射到电池板左边点P的反射光线P₁P，并作入射光线P₁Q₁和反射光线P₁P的夹角∠PP₁Q₁的角平分线P₁N₁，求出第1反光镜面的法线P₁N₁；第三 步，过P₁点作与P₁N₁线正交线P₁P₂，直线P₁P₂为第1反光镜横断面的镜面线，由直线P₁P₂与X轴的夹角∠P₂P₁X求出第1反光镜的倾斜角β₁；第四步，过光电池板的右边点Q作与P₁P线相平行的第1反光镜终点反射光线QP₂，由线QP₂与第1反光镜横断面的直线P₁P₂的交点，求出第1反光镜横断面线段的终点P₂，并求出由线段P₁P₂长度所表示的第1反光镜的宽度W₁；P₂点位置也是第2反光镜横断面线段的起点；用相似的方法，逐步由过P₂点作与Z轴平行的入射光线P₂Q₂和投射在电池板左边点P的反射光线P₂P，以及作入射光线P₂Q₂和反射光线P₂P的夹角∠Q₂P₂P的角平分线P₂N₂，求出第2反光镜面的法线P₂N₂；过P₂点作与P₂N₂线相垂直的直线P₂P₃，求出第2反光镜横断面的镜面线P₂P₃，及其与X轴的夹角β₂；过光电池板的右边点Q作与反射光线P₂P相平行的反射光线QP₃，由第2反光镜横断面线直线P₂P₃的交点，求出与第2反光镜横断面线段的终点P₃，并求出由线段P₂P₃长度所表示的第2反光镜的宽度W₂；P₃点也是第3反光镜横断面线段的起点，…；如此类推，可以获得第i反光镜对X轴的倾斜角β_i、起点和终点的位置以及宽度W_i，直至第n条，n受制于β_n＜(π/2-α)；各反光镜横断面线段依其坐标相连接成的折线框P₁P₂…P_i…P_n，为均匀光叠加太阳能半槽形反射聚光镜横断面的形状，按照所得折线框P₁P₂…P_i…P_n的形状用钢或铝制作折线槽框架，把各反光镜依序固定在折线槽框架上；多个半槽形反射聚光镜有两种组合布置方式，或各彼此平行布置，或两两对称组合成一个个整槽形反射聚光镜，再平行布置在同一太阳跟踪器的平台上；半槽形反射聚光镜独立照射在光电池架上倾斜布置的一长条形光电池板上，整槽形反射聚光镜照射在光电池架上V形布置的两长条形光电池板上。