[实用新型]一种基于CPC设计的三平面复合平面聚光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于复合抛物面聚光器（CPC）设计的每年只需调整两次倾角 的三平面复合平面聚光器，属于非跟踪低倍率太阳能聚光技术领域。

背景技术

一直以来，太阳电池成本较高是光伏系统在实际应用中大规模推广的阻力，太阳 电池作为光伏系统的主要元件，其高昂的造价，也使得光伏发电的成本居高不下。 Whitfield等人经研究发现，聚光太阳电池在高于正常太阳光辐照的光强下其光电转化效 率比在自然太阳光辐照的光强下的光电转化效率要高得多。由于太阳辐射的密度较低，为 增强太阳辐射强度，太阳能聚光技术由此应运而生，同时亦可以借助聚光技术来实现对太 阳能高温领域的利用。另一方面，若输出功率相同，采用聚光系统的光伏系统所需的太阳电 池的数量要少于常规的光伏系统所需的太阳能电池的数量，这也降低了光伏发电的系统成 本。当前较为人们所熟悉和研究较多的几种太阳能聚光器有：槽式聚光器、碟式聚光器、塔 式聚光器、菲涅尔聚光器以及以复合抛物面聚光器（CPC）为代表的非成像聚光器。而前四种 聚光系统为跟踪式聚光系统，虽然有更高的聚光比，但是结构复杂，成本较高，难以维护且 跟踪系统会消耗一定的电能导致系统发电效率减小。而CPC不用跟踪，只需做季节性的倾角 调整即可达到很好的聚光效果，是比较理想的低倍聚光器。但是复合抛物面聚光器反射面 弧度难以制造，增加了成本，并且由于聚光器本身的光学性质，其汇聚在吸收体即太阳能电 池上的光通量并不均匀，这也降低了太阳电池的发电效率。针对这些缺陷，本专利中的三平 面复合平面聚光器，使用三组平面反射面代替复合抛物面反射面，通过计算及实验优化得 到最优化的尺寸结构，使得其年采光量达到相应理想聚光器的99.7%，而且改善了太阳电池 上的光通分布，使得光强分布更加均匀，从而提高了电池的发电效率，并且平面较抛物面更 易于制造，成本更低。

发明内容

本实用新型旨在克服现有的CPC聚光器存在的一些不足，提出一种基于CPC设计的 三平面复合平面聚光器，该复合平面聚光器可达到优异的光学性能，并且可以较大程度的 降低制造难度，节约材料，还能大幅提高聚集到太阳电池板上的光的均匀程度，使得太阳电 池效率提高。

本实用新型的技术方案为：一种基于CPC设计的三平面复合平面聚光器，由三平面复合平面聚光反射板（1）、太阳电池板（3）、支架（4）和玻璃盖板（2）组成。其特征在于：所述三平面复合平面聚光反射板（1）固定在支架（4）上，所述太阳电池板（3）设置在聚光器吸收体位置即聚光器底部，且太阳电池板的受光面朝向聚光器的入口，所述玻璃盖板覆盖在所有聚光器的采光面上方，两相邻反射板间非光路部分为中空，以便于通风散热；而涉及光线通过的光路部分应封闭，以减少灰尘进入；所述入射角（）为太阳光线（5）与聚光器采光面的的法线（6）的夹角。

上述的三平面复合平面聚光反射板（1）基于CPC反射面（7）设计，其特征在于：每个三平面复合平面聚光反射板（1）具有三个平面反射面；CPC反射面（7）是一个抛物曲面，是所述三平面复合平面聚光反射板（1）的结构来源，但不是所述三平面复合平面聚光反射板（1）的结构；所述三平面复合平面聚光反射板（1）的上下端点（8、9）与对应的CPC反射面（7）的上下端点重合；所述三平面复合平面聚光反射板（1）的三个平面反射面的交点（10、11）在对应的CPC反射面（7）上；所述三平面复合平面聚光反射板（1）的上端点（8）的临界角（）在51°~51.5°范围内，组成三平面复合平面聚光反射板（1）的三个平面反射面中的上反射面与中反射面的交点（10）的临界角（）在64.1°~64.3°范围内，中反射面与下反射面的交点（11）的临界角（）在77.1°~77.3°范围内；在直角坐标系中，单体三平面复合平面聚光反射板（1）对应的CPC反射面（7）的方程为：

其中为CPC反射面的接收半角，，并按C_t=(1.95~2.0)的聚光比截短，所述C_t为CPC聚光器截短后的聚光比，即聚光器上开口的宽度与下方吸收体的宽度的比值。

上述的三平面复合平面聚光器，每年须调整倾角（β）两次，其特征在于：倾角（β）为 作为吸收体的太阳电池板（3）与水平面的夹角；每年春分到秋分间调整其倾角为λ-18°(± 1°)；而秋分到下一年的春分间调整其倾角为λ+18°(±1°)，其中λ为当地地理纬度，具体调 整日期可以根据实际情况提前或延后。