[发明专利]一种适用于太阳能光伏和光热的免跟踪式聚光器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能聚光利用技术领域，特别是涉及一种适用于太阳能光伏和光热的免跟踪式聚光器。

背景技术

太阳能聚光器通过将大面积上的低能量密度的太阳光汇聚到小面积上，一方面提高了太阳光能量密度，是光热、聚光光伏利用必不可少的前提，另一方面使用相对便宜的聚光器代替昂贵的光伏电池，降低了光伏发电的成本。

太阳能聚光器经过几十年的发展，形成了以下一些典型结构的聚光器，高倍聚光器包括有抛物槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔式等。低倍聚光器包括有菲涅尔透镜、凸面透镜、V型聚光器、复合抛物面聚光器(CPC)、楔形聚光器等。上述大部分典型的聚光器往往需要与跟踪系统相结合使用，大大增加了太阳能利用的成本，因而免跟踪静态聚光器的应用就将大大降低了太阳能利用的成本。

免跟踪静态聚光器具有以下一些优点：接收角宽，不需要跟踪太阳，没有运动的机械部件，简单可靠，是聚光太阳能利用的重要发展方向。其中楔形聚光器结构简单，它是利用透镜材料的折射及全反射的聚光原理，由于透镜材料的折射率大于1，所以光线在经历透镜时会发生折射现象，同时，当光线从光密介质到达光疏介质时，如果入射角大于临界角，则光线在光密介质与光疏介质交界面上会发生全反射作用，利用全反射作用可以避免反射损失，提高光学效率。并且楔形聚光器接收角比较大，可以接收到全天的太阳辐射。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于太阳能光伏和光热的免跟踪式聚光器，不仅能接收来自聚光器聚集的太阳能，还能接收到太阳的直接辐射和散射辐射，大大增加单位面积上太阳能的利用率。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于太阳能光伏和光热的免跟踪式聚光器，包括入射面、反射面和出射面，所述入射面与出射面处于同一平面上，且入射面的表面积大于出射面的表面积，所述反射面为多面体，所述入射面、反射面、出射面以及两个互相平行且大小相同的面合围成柱体结构，在所述柱体结构内充满透明物质。通过本发明聚光器对光线的折射及全反射应用，不仅能接收来自聚光器聚集的太阳能，还能接收到太阳的直接辐射和散射辐射，大大增加单位面积上太阳能的利用率。

更进一步的，所述反射面包括直线反射面、抛物线反射面和圆弧反射面，所述直线反射面沿柱体母线方向的投影为直线，所述抛物线反射面沿柱体母线方向的投影为抛物线，所述圆弧反射面沿柱体母线方向的投影为圆弧，所述入射面、直线反射面、抛物线反射面、圆弧反射面和出射面依次首尾连接合围成柱体状结构的侧面。

更进一步的，所述直线反射面与抛物线反射面切线连接，所述抛物线反射面与圆弧反射面切线连接。所述抛物线反射面沿柱体母线方向投影的抛物线的焦点位于入射面和出射面的连接线上。所述圆弧反射面沿柱体母线方向的投影的圆弧的圆心位于入射面和出射面的连接线上。

更进一步的，所述柱体结构的聚光器入射面接收光线入射角θ为：其中为聚光器所在地纬度，δ为太阳直射纬度，即赤纬角，在-23.45°与+23.45°范围内变化。在无需跟踪的情况下，接收并聚集入射到聚光器上表面的一天当中各时段的光，以及接收并聚集入射到聚光器上全年绝大多数时段的光。

更进一步的，所述柱体结构内充满透明物质为玻璃或者塑料。所述反射面通过镀反射膜或者增设反射镜构成。在出射面上面设置有太阳能接收设备，所述太阳能接收设备的背光面与出射面相对，所述太阳能接收设备的向光面接收太阳直射和散射，所述太阳能接收设备为双面光伏设备或真空管式太阳能热水设备。

有益效果：本发明的的优点：

1、本发明被定位的聚光器不仅能提供一定聚光比的太阳能，在无需跟踪的情况下，接收并聚集入射到聚光器上表面的一天当中各时段的光，以及接收并聚集入射到聚光器上全年绝大多数时段的光。

2、本发明不仅能接收来自聚光器聚集的太阳能，还能接收到太阳的直接辐射和散射辐射，大大增加单位面积上太阳能的利用率。

附图说明

附图1为本发明聚光器的剖面示意图。

附图2为本发明聚光器的部分光路示意图。

附图3为本发明聚光器的立体结构示意图。

附图4为本发明聚光器出射面上设置双面光伏设备的结构示意图。

附图5为本发明聚光器阵列排布的结构示意图。

附图6为本发明聚光器出射面上设置真空管式太阳能热水器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合各附图对本发明作更进一步的说明。