[发明专利]四重抛物柱面聚光器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种对太阳光进行聚光的光学装置。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保护人类赖以生存的生态环境。

在众多的太阳能利用技术中，最为常见的有太阳能光伏发电、太阳能光热发电、太阳能热水器等。目前，在太阳能光伏发电中，绝大多数采用的是硅电池片的光伏发电技术，而硅电池片只将到达地面的太阳能的15％左右的能量转换为电能，太阳能的利用效率总体还是比较低的。

太阳能光热发电技术中，主要是先对太阳光进行聚光，达到中高温后，再利用其热量进行发电。包括太阳能光伏发电技术在内，目前的聚光技术主要有反射式聚光和透射式聚光两类。反射式聚光主要分塔式、碟式、槽式、和线性菲涅尔四种形式。透射式聚光主要采用普通的圆弧面透镜和菲涅尔透镜两种形式。而太阳能是一种能量密度比较低的资源，因此要求无论是反射式聚光还是透射式聚光，都要求将采光面积设置的比较大。而普通的圆弧面透镜要做得比较大时，其工艺成本就会直线上升，尤其是重量太大，一般只在天文望远镜等特殊场合使用。菲涅尔透镜的面积做得比较大时，也存在加工工艺难、成本过高的问题。目前最常用的三种菲涅尔透镜的制造工艺有：压模、注模和聚化物浮花压制加工。压模和聚化物浮花压制加工可以达到较好的沟槽效果，但成本高。而注模工艺成本低，但使用寿命短，一般低于10年。这三种菲涅尔透镜的制造工艺都需要在玻璃的背面上结合一种塑料。这种透镜的主要问题是聚光不均匀、塑料与玻璃之间的热膨胀率不同容易造成脱落、塑料在太阳光下容易老化和发黄。

目前，有一种叫做“光漏斗”的聚光器，它的缺点是聚光不均匀、聚光光线方向不一致、聚光倍数有上限，而且当聚光倍数接近上限时，这种聚光器的尺寸会非常大，存在制造与安装时的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于制造、成本低廉、性价比高、没有聚光倍数上限限制的新型聚光光学装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种四重抛物柱面聚光器，它包括至少一组四重抛物柱面聚光单元。

四重抛物柱面聚光单元由一次抛物柱面反射镜、二次抛物柱面反射镜、三次抛物柱面反射镜、四次抛物柱面反射镜组成，用表面可以反射光线的簿板材料制作，如镜面不锈钢板、镀膜塑料板、镀膜玻璃板等。在迪卡尔坐标xyz空间内，四个抛物反射镜面分别是四个不同抛物曲面的一部分，都朝同一方向开口，即向y轴方向开口。一次抛物柱面反射镜和三次抛物柱面反射镜的反射面都是内侧表面反射；二次抛物柱面反射镜和四次抛物柱面反射镜的反射面都是外侧表面反射。

一次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜具有相同的焦线，具有相同的对称面，且一次抛物柱面反射镜的焦距大于二次抛物柱面反射镜的焦距；一次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜在xz平面内的投影不相交；一次抛物柱面反射镜的靠近顶点的一侧边和二次抛物柱面反射镜的远离顶点的一侧边在xz平面内的投影无限接近；当光线沿坐标轴yo方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线、且由开口向顶点方向入射时，经一次抛物柱面反射镜的反射，光线全部到达二次抛物柱面反射镜的外表面，由光学和几何学知识可知，这些光线再经过二次抛物柱面反射镜的反射，仍会沿坐标轴yo方向，即沿平行于一次抛物柱面反射镜的对称面、且垂直于它的焦线、且由开口向顶点方向传播。

三次抛物柱面反射镜和二次抛物柱面反射镜在xz坐标平面上的投影重合；三次抛物柱面反射镜上的任一点的y坐标的最大值均小于二次抛物柱面反射镜和一次抛物柱面反射镜的任一点y值，即三次抛物柱面反射镜在二次抛物柱面反射镜和一次抛物柱面反射镜的下方。