一種焦點固定式非球面太陽聚光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種焦點固定式非球面太陽聚光器，包括球面反射鏡、桁架、驅動器、支架以及控制箱；其中，球面反射鏡安裝在桁架上，球面反射鏡拼接成一整體非球面的聚光鏡面，球面反射鏡的頂點位于整體非球面聚光鏡面內，使球面反射鏡頂點的法線方向與整體非球面的聚光鏡面在該點法線方向上一致；桁架與驅動器固聯，驅動器安裝在支架上，在控制箱的控制下，驅動器驅動桁架并帶動整個聚光鏡面做旋轉和俯仰運動。
【專利說明】一種焦點固定式非球面太陽聚光器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能熱利用領域，特別涉及一種焦點固定式非球面太陽聚光器。
【背景技術】
[0002]太陽能熱發電(CSP)及中高溫熱利用是太陽能利用的重要方面，其基本過程為:利用太陽聚光器跟蹤太陽并將太陽輻射會聚至吸熱裝置，從而獲得高溫熱能，再利用熱能進行常規熱發電或其它中高溫利用。因此，太陽聚光器是太陽能熱發電及太陽能中高溫利用系統的關鍵元件，其光學效率和聚光比決定了太陽能的利用效率和系統能夠達到的最高溫度。
[0003]太陽聚光器按焦點是否隨聚光器移動可分為焦點固定式和隨動式兩種，焦點固定式聚光器主要有塔式聚光器和線性菲涅耳聚光器，焦點隨動式聚光器主要有拋物槽式聚光器、拋物碟式聚光器以及多碟式聚光器，本申請主要涉及塔式聚光器(也被稱為定日鏡)。
[0004]目前，用于塔式聚光系統的聚光器面形通常有兩種類型:整體平面鏡或由小反射鏡拼接而成的近似球面鏡。整體平面鏡不具備聚光能力，其聚光效率和聚光比均較低。由小反射鏡拼接而成的近似球面鏡具有一定聚光能力，但受球面象散影響，在全年工作時間內其光斑尺寸變化較大，不利于吸熱器接收。另外，受加工工藝和成本限制，目前小反射鏡多采用平面玻璃反射鏡，由其拼接而成的聚光器聚光比較低；為了提高聚光比，需要減小反射鏡尺寸，但這又會加劇縫隙損失，降低聚光效率。
[0005]為了提高聚光比，現有技術中也有通過外力使平面玻璃反射鏡變形為曲面反射鏡的方法。將曲面反射鏡拼接而成的聚光器在聚光比有所提高，但平面玻璃反射鏡在外力作用下，反射表面存在起伏，面形精度很差，會造成嚴重的散射損失，且玻璃反射鏡的破碎率較高。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于克服現有技術中的太陽聚光器在聚光比、光學效率與加工成本上無法同時滿足的缺陷，從而提供一種在現有的加工工藝與加工成本的基礎上，能夠有效提高聚光比和光學效率大顆粒太陽聚光器。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型提供了一種焦點固定式非球面太陽聚光器，包括球面反射鏡2、桁架3、驅動器4、支架5以及控制箱6 ;其中，
[0008]所述球面反射鏡2安裝在所述桁架3上，所述球面反射鏡2拼接成一整體非球面的聚光鏡面I，所述球面反射鏡2的頂點位于所述整體非球面聚光鏡面I內，使所述球面反射鏡2頂點的法線方向與所述整體非球面的聚光鏡面I在該點法線方向上一致；所述桁架3與所述驅動器4固聯，所述驅動器4安裝在所述支架5上，在所述控制箱6的控制下，所述驅動器4驅動所述桁架3并帶動整個聚光鏡面I做旋轉和俯仰運動。
[0009]上述技術方案中，所述球面反射鏡2包括球面白玻璃8、反射膜10以及保護膜11。[0010]上述技術方案中，所述球面反射鏡2的數量多于三個。
[0011]上述技術方案中，所述球面反射鏡2的形狀為矩形或正六邊形或圓形，其頂點曲率半徑為整個焦點固定式非球面太陽聚光器焦距的2倍。
[0012]上述技術方案中，所述聚光鏡面I的鏡面輪廓成矩形或圓形。
[0013]上述技術方案中，所述球面反射鏡2安裝在所述桁架3上包括:通過專用粘結劑將鏡托12與所述球面反射鏡2粘結，然后將所述鏡托12安裝在所述桁架3上。
[0014]上述技術方案中，所述桁架3通過彎頭14安裝在所述驅動器4上；其中，所述支架5的上端面13與彎頭14的下端面重合并固聯，所述彎頭14的上端面15與所述驅動器4固聯，上端面15的法線方向與所述驅動器4目標軸的旋轉中心線16—致。
[0015]本實用新型的優點在于:
[0016]1、本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器在全年運行過程中的光斑尺寸變化較平面或球面聚光器大大減小，這有利于吸熱器對光斑的接收，從而有效提高聚光器的光學效率和聚光比。
[0017]2、本實用新型采用聚光面形為非球面的太陽聚光器，解決了球面聚光器在大角度入射條件下光斑尺寸大的難題，有效提高了焦點固定式太陽聚光器的年光學效率和聚光比；非球面聚光面采用小尺寸球面反射鏡拼接而成，在滿足非球面聚光性能的前提下，降低了非球面聚光器的加工難度和制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器整體結構圖；
[0019]圖2為球面反射鏡的示意圖；
`[0020]圖3a、3b為本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器中聚光面的不同拼接輪廓示意圖；
[0021]圖4為球面反射鏡與桁架的聯結示意圖；
[0022]圖5為本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器與現有技術中的球面聚光器光斑面積隨入射角的變化比較圖。
[0023]圖面說明
[0024]I聚光鏡面2球面反射鏡3桁架
[0025]4驅動器5支架6控制箱
[0026]8球面白玻璃10反射膜11保護膜
[0027]12鏡托13支架5的上端面14彎頭
[0028]15彎頭14的上端面16驅動器4目標軸的旋轉中心線
[0029]17焦點固定式非球面太陽聚光器在全年工作時間內光斑面積隨入射角的變化曲線
[0030]18球面聚光器在全年工作時間內光斑面積隨入射角的變化曲線【具體實施方式】
[0031]現結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0032]如圖1所示，本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器包括:球面反射鏡2、桁架3、驅動器4、支架5以及控制箱6 ;其中，所述球面反射鏡2安裝在桁架3上，所有的球面反射鏡2拼接成一整體非球面的聚光鏡面I，所述球面反射鏡2的頂點位于整體非球面聚光鏡面I內，使所述球面反射鏡2頂點的法線方向與整體非球面的聚光鏡面I在該點法線方向上一致；所述桁架3與所述驅動器4固聯，所述驅動器4安裝在所述支架5上，在所述控制箱6的控制下，所述驅動器4驅動桁架3并帶動整個聚光鏡面I做旋轉和俯仰運動。
[0033]下面對該聚光器中的各個部件做進一步的說明。
[0034]如圖2所示，所述球面反射鏡2依次包括球面白玻璃8、反射膜10以及保護膜11 ；所述反射膜10可采用銀、鋁或鋁合金制成，其反射率應達到90%以上。所述球面反射鏡2的尺寸小于整體非球面的聚光面鏡I的尺寸；球面反射鏡2的數量大于或等于4 ;球面反射鏡2的頂點曲率半徑等于本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器焦距的2倍。所述球面反射鏡2的形狀可以是多種，如矩形、正六邊形、圓形或其它形狀。在本實施例中，所述球面反射鏡2為矩形。
[0035]所述球面反射鏡2拼接而成的聚光鏡面I可以有多種鏡面輪廓，如圖3a所示的矩形輪廓，或如圖3b所示的近似圓形輪廓。
[0036]所述桁架3使用鋼或鋁合金材料加工而成，通過焊接和鉸接構成一個整體。
[0037]所述球面反射鏡2安裝在桁架3上時，如圖4所示，可通過專用粘結劑將鏡托12與球面反射鏡2粘結，然后將鏡托12安裝在桁架3上。在安裝過程中，球面反射鏡2的位置和傾斜角度均可調。
[0038]所述驅動器4所需電力可由輸電線纜提供，也可在本實用新型的聚光器上另行安裝光伏發電裝置，由光伏發電裝置提供電力。
[0039]支架5的上端面13與水平面平行，上面安裝有彎頭14，支架5的下端與地基固聯，支架5可以是塔筒或鋼架結構。彎頭14的下端面與支架5的上端面13重合并固聯，彎頭14的上端面15與驅動器4固聯，上端面15的法線方向與驅動器4目標軸的旋轉中心線16一致。
[0040]控制箱6可安裝在支架5上，也可安裝在其它方便操作的位置。控制箱6與總控制室的通信可采用無線或有線通信。
[0041]如圖5所示，在同等條件下模擬計算了本實用新型的焦點固定式非球面太陽聚光器與球面聚光器在全年工作時間內光斑面積隨入射角的變化曲線，其中，曲線17代表本實用新型焦點固定式非球面太陽聚光器在全年工作時間內光斑面積隨入射角的變化，曲線18代表球面聚光器在全年工作時間內光斑面積隨入射角的變化，通過比較可以發現，本實用新型焦點固定式非球面太陽聚光器的光斑尺寸在全年內的變化比較均勻，變化量遠遠小于球面聚光器，這有利于吸熱器對光斑的接收，從而提高光學效率和聚光比。
[0042]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，包括球面反射鏡(2)、桁架(3)、驅動器(4)、支架(5)以及控制箱(6);其中， 所述球面反射鏡(2)安裝在所述桁架(3)上，所述球面反射鏡(2)拼接成一整體非球面的聚光鏡面(1)，所述球面反射鏡(2)的頂點位于所述整體非球面聚光鏡面(I)內，使所述球面反射鏡(2)頂點的法線方向與所述整體非球面的聚光鏡面(I)在該點法線方向上一致；所述桁架(3 )與所述驅動器(4 )固聯，所述驅動器(4 )安裝在所述支架(5 )上，在所述控制箱(6 )的控制下，所述驅動器(4 )驅動所述桁架(3 )并帶動整個聚光鏡面(I)做旋轉和俯仰運動。
2.根據權利要求1所述的焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)包括球面白玻璃(8)、反射膜(10)以及保護膜(11)。
3.根據權利要求1所述的焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)的數量多于三個。
4.根據權利要求1所述的焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)的形狀為矩形或正六邊形或圓形，其頂點曲率半徑為整個焦點固定式非球面太陽聚光器焦距的2倍。
5.根據權利要求1所述的焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述聚光鏡面(O的鏡面輪廓成矩形或圓形。
6.根據權利要求1所述的焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述球面反射鏡(2)安裝在所述桁架(3)上包括:通過專用粘結劑將鏡托(12)與所述球面反射鏡(2)粘結，然后將所述鏡托(12)安裝在所述桁架(3 )上。
7.根據權利要求1所述的焦點固定式非球面太陽聚光器，其特征在于，所述桁架(3)通過彎頭(14)安裝在所述驅動器(4)上；其中，所述支架(5)的上端面(13)與彎頭(14)的下端面重合并固聯，所述彎頭(14)的上端面(15)與所述驅動器(4)固聯，上端面(15)的法線方向與所述驅動器(4)目標軸的旋轉中心線(16)—致。
【文檔編號】G02B19/00GK203606561SQ201320806531
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月8日 優先權日:2013年12月8日
【發明者】姚志豪 申請人:首航節能光熱技術股份有限公司