[发明专利]一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统

说明书

本发明公开了一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统，包括环形菲涅尔聚光器、菲涅尔透镜、复合抛物面反射器和接收器，环形菲涅尔聚光器包括若干环形径向分布的聚光镜，环形菲涅尔聚光器中聚光镜的宽度由外至内依次增大，菲涅尔透镜对称设置于环形菲涅尔聚光器的中心位置处，复合抛物面反射器设置于环形菲涅尔聚光器的焦点下方处，所述复合抛物面反射器的外形轮廓为标准抛物线绕中心轴线旋转而成，内表面为反射镜面，所述接收器设置于复合抛物面反射器的光线出射口下方。本发明能够减少环形菲涅尔聚光器的镜面个数，可以有效地降低制造、装配成本，利用配套设计的二次匀光元件复合抛物面反射器能够达到较高聚光比和高均匀光斑的最优综合性能。

技术领域

本发明属于太阳能聚光领域，涉及光热综合利用、高倍聚光和匀光光伏技术，具体涉及一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统。

背景技术

我国幅员辽阔，有着极其丰富的太阳能资源。据统计资料分析，中国陆地面积每年接收的太阳辐射总量相当于24×10⁴亿吨标准煤的储量。太阳能作为一种可再生的新能源,具有清洁、环保、持续、长久等优势，已成为应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一，其大规模利用可有效减少对化石能源的依赖其发展前景被各国看好。然而，由于其能量密度低，直接利用效率很低，所以使用聚光器来提高利用效率非常必要。太阳能聚光器目前广泛应用于太阳能聚光领域，如太阳能发电，太阳能制燃料，太阳能照明，太阳能泵浦激光器，光生物作用和光化学作用等。

太阳能聚光器是整个聚光系统中重要光学元件，也是影响整个聚光系统效率的主要因素之一。太阳能聚光器主要通过反射或折射来改变光路。例如，抛物面槽式聚光器，线性菲涅尔聚光器和碟式聚光器是反射型聚光器，菲涅尔透镜是折射型聚光器。

大部分聚光器其聚光分布不均匀，入射太阳光线经聚焦后会在接受面上形成局部热点，这些局部热点在聚光光伏领域会降低电池转换效率，损伤电池，缩短电池寿命，在光化学领域会造成催化剂局部温度过高，使得催化剂降低甚至丧失活性。因此，寻找设计可以均匀聚光的聚光方式已经成为重要课题之一。

与抛物面式聚光器，碟式聚光器相比，环形菲涅尔的聚光焦点在其下方，这样可以将接收器放置在下方，防止接收器本身对太阳光线的遮挡，提升太阳光线利用效率。并且放置在下方也便于对接收器进行维护。

但现有环形菲涅尔聚光器相邻两个环形镜面倾角之间相差很小，导致镜面数量多，这就加大了制造难度，调试难度，成本较高；同时环形菲涅尔聚光器的镜面清洁维护也较困难。环形菲涅尔聚光器为点聚焦方式，聚光比高的同时，也造成光斑均匀性极低，存在高聚光比和光照均匀相互制约的问题，导致聚光效果难以达到理想状态。

发明内容

发明目的：为了克服现有环形菲涅尔聚光器制造精度要求较高，且聚光光斑能量分布极不均匀，难以满足高聚光和高光斑均匀度的综合利用要求的不足，提供一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统，优化环形菲涅尔聚光器的设计，达到减少环形菲涅尔聚光器的镜面个数的目的，这样可以有效地降低制造、装配成本，从而降低系统整体成本，并且在不改变聚光器本身结构的前提下，利用配套设计的二次匀光元件复合抛物面反射器来达到较高聚光比和高均匀光斑的最优综合性能，解决了高聚光比和光照均匀相互制约的问题，提升了聚光效果。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种低镜面数环形菲涅尔高匀光性系统，包括环形菲涅尔聚光器、菲涅尔透镜、复合抛物面反射器和接收器，所述环形菲涅尔聚光器包括若干环形径向分布的聚光镜，环形菲涅尔聚光器中聚光镜的宽度由外至内依次增大，所述菲涅尔透镜对称设置于环形菲涅尔聚光器的中心位置处，所述复合抛物面反射器设置于环形菲涅尔聚光器的焦点下方处，所述复合抛物面反射器的外形轮廓为标准抛物线绕中心轴线旋转而成，内表面为反射镜面，所述接收器设置于复合抛物面反射器的光线出射口下方，所述复合抛物面反射器用于将聚焦过的光线进行二次匀光，所述接收器用于接收二次匀光后的光线。

进一步地，所述聚光镜同中心轴对称设置。环形菲涅尔聚光器中每个聚光镜的镜面宽度、长度、位置和倾角不同，但是每一环都有着共同的旋转中心轴。