[发明专利]非近轴高次柱面组成的平板式反射聚光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能光热、光电装置中的聚光器，特别是一种能够用于槽式系统的、制作简单、成本较低、有拼接性的由多个非近轴高次柱面组成的平板式太阳能反射聚光器。 

背景技术

太阳能反射聚光器的反射面一般都是局限于使用二次曲面或柱面描述的聚光面，之所以如此，因为我们目前的反射聚光器的设计原理仍然使用近轴光线聚光的传统光学原理。在近轴光线的情况下，这些聚光器的反射面可以是球面，用二次曲面方程式表示为： 

x²+y²+z²＝R²                                             (1) 

其点焦距为 

可以是圆柱面，用二次曲面方程式表示为： 

x²+z²＝R²                                                (2) 

其线焦距为 

可以是抛物面，用二次曲面方程式表示为： 

x²+y²＝2Pz                                               (3) 

其点焦距为 

可以是抛物柱面，用二次曲面方程式表示为： 

x²＝2Pz                                                  (4) 

其线焦距为 

使用上述的球面和抛物面或者他们相对应的柱面，在太阳能反射聚光器的应 用中出现了常用的塔式球面定日镜，抛物面碟式点聚焦和抛物柱面槽式线聚焦的三种太阳能聚光器。 

球面塔式定日镜太阳能反射聚光器是在一个高大的塔的四周安置大量的由平面或具有一定曲率的球面的定日镜所组成的太阳能聚光系统。抛物面碟式点聚焦反射聚光器是利用追日系统将平行正入射于抛物面反射镜的太阳光聚焦到一个焦点的太阳能聚光系统。抛物柱面槽式线聚焦是利用追日系统将平行正入射于抛物柱面反射镜的太阳光聚焦于一条线的聚光系统。所有这些聚光器，特别是在太阳能热发电方面已经成为目前主要应用的聚光器件。 

无论是球面反射镜或者是抛物面反射镜或者是抛物柱面反射镜，其特点均为需要在太阳能聚光的应用中制作一种三维的曲面或柱面进行聚焦。这个三维曲面或柱面应当尽可能地接近数学描述的二次曲面或柱面。这样的曲面或柱面的制作无论是在成形、耗材、运输等方面的高成本是显而易见的。如果能使用一种平板式的聚焦器件，聚光器的制作无论是在成形、耗材、运输等方面的低成本是可能实现的。 

菲涅尔反射镜是一种平板式的反射聚光器，然而，由于在太阳能聚焦的应用中，在大规模的光电、光热系统中，所需的反射镜的尺寸都比较大，一般在几米以上，我们知道，对于菲涅尔反射镜而言，距中心愈远处的刻纹会愈来愈密集，从而这样尺寸的菲涅尔反射镜的制造的成本是相当高昂的，这就使得平板式的菲涅尔反射镜无法应用于现有大规模的光电、光热系统中。 

陈应天、李莉等人使用无光象光学的概念，提出了一种非近轴光线聚焦的新的反射曲面，这种曲面是由无穷项高次方程式表示的： 

z(x，y)＝Ax²+Bx³+ay²+by⁴+αxy²+βx²y²+…… 

其中A，B，a，b，α，β等系数是入射角与焦距的函数，由以上高次方程式表示的曲面 称为非近轴高次曲面。 

非近轴高次曲面作为一种新的太阳能反射聚光器已经被陈应天等人应用于太阳灶(专利号：200510200037.X，专利名称：分立式全天跟踪太阳灶)和太阳炉(专利号：200810213419.X，专利名称：一种采用自旋仰角跟踪方式的太阳炉)中。在上述两种发明中，非近轴高次曲面是作为定日镜使用的，在定日镜系统中，不同的入射角是随时间而变化的。本发明所披露的是针对一种在同一时间内的不同入射角的情况下，不同曲面组合成平板式的聚光器。 

发明内容

本发明提出了一种克服传统的太阳能聚光器高成本的缺点的新的器件，即一种能够用于槽式系统的制作简单、成本较低、有拼接性的由多个非近轴高次曲面组成的平板式反射聚光器。