[发明专利]免追踪太阳能聚光系统

说明书

本发明公开了一种免追踪太阳能聚光系统，包括一次聚光单元和聚热部；一次聚光单元包括若干个依次拼接并环绕聚热部设置的透射聚光镜，光线透过透射聚光镜聚焦形成聚焦区域，聚焦区域随太阳入射角的变化而偏移所经过的路径形成焦平面，若干个透射聚光镜对应的焦平面均经过聚热部。在任意时刻的太阳光照射下，总能有至少一个透射聚光镜的聚焦区域经过聚热部。因此在聚热部不产生移动的情况下，也始终有透过透射聚光镜的光线能够直接聚集在聚热部上，从而大大提高聚焦至聚热部上的光斑的能流密度和聚光比，使聚光比的大小能够满足太阳能光热发电等太阳能高温利用场景，扩大免追踪太阳能聚光系统的适用范围。

技术领域

本发明属于太阳能聚光领域，特别涉及一种免追踪太阳能聚光系统。

背景技术

相较于光伏发电的平价上网，居高不下的聚光成本成为现阶段制约太阳能光热发电商业化进程的关键技术瓶颈。如何提高效率，并大规模降低成本，是太阳能光热发电的发展趋势和方向。太阳能聚光器是光热发电站的关键部件，其成本占电站总成本的40％以上。太阳能聚光器一般为大型的玻璃反射镜，为了便于加工制作，通常采用拼接聚光型结构。由于太阳光的入射角度随时间不断变化，所以聚光器需配置一维或二维的自动跟踪系统。但跟踪系统不仅使太阳能聚光系统整体变得复杂，增加了太阳能聚光系统初始投资和自耗电，而且由于故障点的增加，还增加了后期的运行和维护成本。因此大规模降低太阳能光热发电成本的重要途径之一就是发展无机械运动装置的免跟踪太阳能聚光器。

目前免跟踪太阳能聚光器主要集中在太阳能中低温利用领域，最常见的太阳能免跟踪利用形式是平板集热器和真空管集热器，可以产生供居民使用的热水，但它们并不聚集太阳光，即聚光比为1，因此严格来讲它们只是集热器而不是聚光器。美国科学家Winston于1965年首次提出一种复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrator，CPC)，是真正意义上的免跟踪聚光器。CPC是以边缘光线原理为依据来进行设计的一种非成像的聚光器，对开口接收角范围内的入射光线进行汇聚，具有“光陷阱”作用。它在实际应用中不需要跟踪系统，或者仅需做季节性调整即可，这样就省掉了复杂的机械运动机构，不仅大大节约了成本，同时降低了维护费用。但现阶段CPC聚光器的缺点是聚光比较小，进行季节性调整的CPC聚光器的聚光比能达到10，而一般固定在地面的CPC聚光器的聚光比在3左右。这导致CPC聚光器主要应用在太阳能中低温利用领域，如居民和工业热水、建筑供热、太阳灶等。但对于太阳能光热发电而言，系统温度需要大于300℃，聚光比一般应大于50，因此单一的CPC虽然能实现免跟踪但并不满足太阳能光热发电的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中免追踪太阳能聚光器聚光比小的缺陷，提供一种免追踪太阳能聚光系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种免追踪太阳能聚光系统，所述免追踪太阳能聚光系统包括一次聚光单元和聚热部；

所述一次聚光单元包括若干个透射聚光镜，若干个所述透射聚光镜依次拼接并环绕所述聚热部设置，光线透过所述透射聚光镜聚焦形成聚焦区域，所述聚焦区域随太阳入射角的变化而偏移所经过的路径形成焦平面，若干个所述透射聚光镜对应的所述焦平面均经过所述聚热部。

在本方案中，若干个透射聚光镜的焦平面均经过聚热部，即任意一个透射聚光镜某一时刻的聚焦区域能够经过聚热部。由于若干个透射聚光镜环绕聚热部设置，因此若干个透射聚光镜在同时刻的太阳光照射下所形成的聚焦区域不会重合，从而若干个透射聚光镜的聚焦区域是在不同时刻的太阳光照射下分别经过聚热部，以保证在任意时刻的太阳光照射下，总能有至少一个透射聚光镜的聚焦区域经过聚热部。因此在聚热部不产生移动的情况下，也始终有透过透射聚光镜的光线能够直接聚集在聚热部上，从而大大提高聚焦至聚热部上的光斑的能流密度和聚光比，使聚光比的大小能够满足太阳能光热发电等太阳能高温利用场景，扩大免追踪太阳能聚光系统的适用范围。

较佳地，所述透射聚光镜为平板线性菲涅尔透镜，所述透射聚光镜的焦线形成所述聚焦区域。