[发明专利]一种组合式抛物面型太阳能聚光器设计方法

说明书

本发明公开了一种组合式抛物面型太阳能聚光器设计方法，首先，确定聚光器的光学和运行参数；随后，根据需求设定出光口面积，并将阳光垂直进光口入射时在出光口获得的聚光功率作为设计目标参数并设置其值；随后，确定聚光器几何参数组合，建立各组合下的设计方案的几何模型；然后，模拟太阳能在各方案内的聚集过程，获得对应的聚光功率；最后，选出符合设计要求的方案，并将其中接收半角最大的方案选为最终方案；若在当前几何参数组合下未能获得满足要求的方案，则自动调整几何参数组合，重新进行设计直至获得符合要求的方案为止。能够快速、准确地进行组合式抛物面型聚光器的几何设计和模型构建、光学建模和性能评估，实现了聚光器自动化设计。

技术领域

本发明涉及聚光型太阳能利用技术领域，具体涉及一种组合式抛物面型太阳能聚光器设计方法。

背景技术

19世纪以来，以煤炭、石油、天然气为主的化石能源逐渐成为世界能源的支柱。 随着经济社会的快速发展，人类使用的化石能源越来越多。然而，化石能源的大量使 用，造成了日益严重的环境问题和大量的资源浪费，且化石能源也终将耗尽。因此， 开发和利用以太阳能为代表的可再生能源已成为世界能源发展的必然选择。

在现有太阳能利用技术中，以聚光型太阳能热利用、聚光型光伏发电、聚光型光热发电技术为代表的聚光型太阳能利用技术是目前正处在快速发展阶段的太阳能利 用技术。在聚光型太阳能利用技术中，以组合式抛物面型太阳能聚光器为代表的聚光 器是实现太阳能聚集的关键设备。

典型的组合式抛物面型太阳能聚光器是一种由一个横截面为六边形的六边形复合抛物面的6个局部表面和一个横截面为圆形的回转面复合抛物面的6个局部表面 无缝组合而成的一个整体，两个复合抛物面的对称轴重合并形成聚光器的对称轴。可 见，组合式抛物面型太阳能聚光器是一种具有12个复杂曲面的太阳能聚集设备。组 合式抛物面型太阳能聚光器的设计将涉及到聚光器反射表面的复杂曲面几何结构、太 阳辐射能在聚光器内部的多次非理想反射与吸收的复杂传播和聚集过程、聚光器本身 的强烈非成像聚光特性，因而现有设计方法难以快速、准确、方便地设计出合理的组 合式抛物面型聚光器的几何构型设计方案，同时难以准确地评价所设计的聚光器几何 构型设计方案的太阳能聚集性能，进而导致无法实现自动化、快速、低成本设计。鉴 于此，需要研究一种能够快速、准确、方便地进行组合式抛物面型聚光器的几何构型 设计并评价其太阳能聚集性能的自动化、快速设计方法。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种组合式抛物面型太阳能聚光器设计方法，能够快速、准确、方便地进行组合式抛物面型聚光器的几何模型设计和构建， 以及光学性能模拟计算模型构建和太阳能聚集性能评估，实现组合式抛物面型太阳能 聚光器的自动化、快速化设计。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1)确定待设计聚光器的设计光学参数和设计运行参数，设计光学参数包括聚光器反射面的镜面反射率ρ和型面误差σ，设计运行参数包括太阳直射辐射强度I_d；

2)确定聚光器的出光口的面积S₂，并根据下式计算六边形复合抛物面的六边形出光口的对边宽度的一半a₂：

3)确定聚光器的设计目标参数：设计目标参数包括在阳光垂直于进光口平面入射的条件下在聚光器的出光口处聚集的太阳能功率Q_req；并建立右手直角坐标系xyz， z轴与聚光器的对称轴重合，z轴正方向从聚光器的出光口中心指向进光口中心，原点 o位于聚光器的出光口中心；定义xy平面内的方位角β，以y轴正向为0°，逆时针旋转为 正；