[发明专利]一种碟式太阳能聚光器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碟式太阳能聚光器及其设计方法，属于太阳能聚光器技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁无污染、取之不尽的可再生能源，日益成为当今能源领域的研究热点。特别是近年来聚光光伏太阳能技术迅速发展，不仅通过减少光伏电池原材料逐渐降低了总的系统成本，并有效提高了能量转换效率和生产电量，因而得到越来越广泛的应用。聚光光伏太阳能装置采用碟式聚光器，碟式聚光器的反射器为旋转抛物面，具有良好的聚光性能和集热性能。

但是，现有的碟式太阳能聚光器也存在固有的缺陷：反射碟面的旋转抛物面结构本身的几何特性即是使光线向焦点聚集，因此，经过碟面反射后形成的光线自然是非均匀的，因而在接收器上形成的热流也是非均匀的。接收器表面的热流不均，既降低了聚光器的聚光效率，过高的热流又易导致元件、设备的损坏，严重影响了太阳能聚光器的综合性能，也阻止了太阳能聚光器大型化、规模化的发展。另外，由于接收器遮挡而使得碟式聚光器的中部并无光线入射，因而碟式聚光器中部的反光结构并未实际使用，存在结构浪费。更重要的是，由于接收器的遮挡而在接收器上形成了中部阴影区域，在接收器热流分布上形成了中部凹陷，加剧了接收器热流分布不均匀的问题。

参见图1现有碟式聚光器的聚光中部阴影缺陷示意图，自接收器边缘的入射光线经过碟式聚光器反射后，在焦流面聚焦后发散再入射接收器后，在接收器的中部形成一小块阴影区域，根据光学几何知识可以得知，在这一小块阴影区域内没有任何光线入射，因而该区域的热流非常小，这种现象称为焦流面中部凹陷现象。参见图2现有碟式聚光器的接收器热流分布示意图，由于旋转抛物面的聚焦作用使接收器边缘的热流量小于中部，而焦流面中部凹陷现象导致中部热流凹陷，因而在整个接收器的热流分布形成了双驼峰式的曲线分布，热流分布极不均匀。

接收器表面热流不均现象严重影响了碟式太阳能聚光器的应用，对光伏电池的影响主要是会造成热斑效应，进而对太阳能电池产生负面影响。随着光伏发电系统的不断发展，碟式聚光器的几何尺寸不断增加，这种由于接收器的遮挡形成的热流分布不均的现象更为严重，加之大型聚光器本身更容易产生的制作、安装误差，光线跟踪精度误差等因素，更是加剧了接收器的聚焦光斑大、热流分布不均的程度，因而，接收器表面热流不均的技术问题已经严重困扰碟式太阳能聚光器的进一步推广和发展。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有的碟式太阳能聚光器存在的由于接收器遮挡、旋转抛物面几何形状等因素造成的接收器热流分布不均匀，影响聚光性能、降低能量转换效率等缺陷与不足，提供一种具有碟面底部开口、碟面的旋转曲面母线为特别曲线的碟式太阳能聚光器及其设计方法，该碟式太阳能聚光器能够在接收器上形成较为均匀的热流分布，提高聚光器的能量转换效率及其它综合性能，特别适用于大尺寸接收器的聚光光伏太阳能装置。

本发明为实现技术目的采用的技术方案是：一种碟式太阳能聚光器，包括碟面和接收器，所述碟面为旋转曲面，并且碟面底部设有直径大于或等于接收器的直径的圆形开口，所述碟面的旋转曲面的母线为基于以下一阶非线性微分方程Y1或者Y2描述的曲线，并且所述碟面的旋转曲面母线被长度等于碟面底部开口直径的线段对称地截断为两段曲线：