[发明专利]一种静态大角度太阳能收集系统

权利要求书

1.一种静态大角度太阳能收集系统，其特征在于，包括聚焦透镜和积分器，所述聚焦透镜为对称梯度折射率聚焦透镜；所述聚焦透镜的下表面与所述积分器耦合；

所述聚焦透镜，用于将从各个角度入射的太阳光汇聚至所述聚焦透镜的下表面，并出射进入所述积分器中；具体地，所述聚焦透镜的形状为球形；

所述聚焦透镜的基础折射率，对所述聚焦透镜的下侧部分进行裁切，使所述入射太阳光聚焦至裁切后的所述聚焦透镜的下表面；具体为：

沿不同方向入射的太阳光汇聚在透镜内部一个半径小于聚焦透镜的半径R的球面上，根据接受的太阳光的角度范围，将透镜下方给定比例部分、光线汇聚球面以外的区域切除，其中，根据太阳能收集系统接收太阳光的角度范围以及太阳光在聚焦透镜内形成的汇聚光斑的位置确定该比例，使光线可从新的聚焦透镜下表面出射，同时不阻碍光线在透镜内部的传播；

所述积分器，用于匀化所述太阳光强度，并使匀化后的所述太阳光从所述积分器的出口出射；其中，

积分器顶面的面型与所述聚焦透镜下表面的面型相适配，以使所述积分器的顶面与所述聚焦透镜的下表面耦合；所述积分器的顶面设有一狭缝开口，所述狭缝开口与太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹相对应，所述狭缝开口的宽度不小于所述汇聚光斑的预设比例能量所对应的光斑区域的直径，以使在所述聚焦透镜下表面汇聚的、至少预设比例能量的太阳光从所述狭缝开口进入所述积分器内；

通过设置积分器光出口的个数及光出口的面积调整收集系统的聚光倍数；

收集的太阳光用于光伏发电或室内照明；其中，

当收集的太阳光用于光伏发电时，积分器的内壁选用氧化镁、硫酸钡或聚四氟乙烯悬浮树脂作为涂层材料，且积分器的侧面内壁设置为球形，积分器的出口形状为圆型；

当收集的太阳光用于室内照明时，对积分器内壁进行抛光或镀金属反射膜，且积分器的侧面内壁设置为旋转对称的复合抛物面，侧面上端为圆形，并与积分器的顶面密封相接，侧面下端也为圆形，为积分器的出口；或，积分器的侧面内壁还设置为非旋转对称的抛物面，其上端为椭圆，且椭圆长轴的方向与狭缝开口的延伸方向一致。

2.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述聚焦透镜的形状为球形，其折射率分布满足：

，

其中，为所述聚焦透镜的基础折射率，表示所述聚焦透镜内任一点到所述聚焦透镜球心的距离，表示所述聚焦透镜的半径，表示所述任一点处的折射率。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述积分器的顶面内壁与侧面内壁均覆盖有高反射率涂层，用于使太阳光在所述积分器内多次反射，以匀化所述太阳光强度。

4.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其特征在于，通过下述方式获取太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的轨迹：

根据所述太阳能收集系统所在经纬度及太阳时角确定每一时刻入射太阳光的高度角和方位角；

根据所述入射太阳光的高度角和方位角确定所述入射太阳光相对于所述太阳能收集系统的入射角；

根据所述入射角确定每一时刻所述入射太阳光在所述聚焦透镜下表面形成的汇聚光斑的位置，以获得所述汇聚光斑的轨迹。

5.根据权利要求3所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述积分器的侧面内壁为二次曲面，且所述积分器上设置有至少一个光出口。

6.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其特征在于，当所述积分器的侧面内壁的二次曲面不为球面时，所述二次曲面的焦点位于设置的所述光出口处。

7.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述狭缝开口的下方设置有光反射器，所述光反射器正对所述狭缝开口设置，其宽度大于所述狭缝开口的宽度；

所述光反射器包括：

第一反射面，用于将进入所述积分器的太阳光反射至积分器的内壁上；

第二反射面，用于阻挡被所述积分器内壁反射的太阳光从所述狭缝开口出射。

8.根据权利要求2、4-7任一项所述的太阳能收集系统，其特征在于，所述聚焦透镜的下表面与所述积分器通过波导实现耦合。