一种无跟踪聚光系统的建模方法技术方案

本发明专利技术提供一种无跟踪聚光系统的建模方法，本发明专利技术使用复合抛物面聚光器的结构参数(DM和CE)、成像菲涅尔透镜和吸收面组合而成的三维无跟踪型太阳能集光系统，比传统CPC的入射光线更多的被吸收面吸收，其聚光效率提高明显，能够更高效稳定地工作，吸收更多的太阳能；更重要的是由于接收角度扩大，所以随着季节调节的次数减少，节约了人力成本；在太阳能聚光系统光伏发电中有很大的运用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚光器设计领域，更具体地，涉及一种无跟踪聚光系统的建模方法。
技术介绍
传统的CPC(复合抛物面聚光器)是一种依据边缘光线原理设计的非成像聚光器，可以按理想聚光比将接收角范围内的入射光线收集到接收体上。其接收角比传统聚光集热器大，所以运行时不需要机械跟踪系统，只需按照收集辐照的小时数和接收角的大小，每年定期调整几次倾角即可有效工作，结构简单且操作控制方便。如图1表示二维CPC的几何图形。由图1可知，二维CPC抛物线BC的焦点A位于抛物线底端上，而抛物线AD的焦点B则位于抛物线BC底端上。抛物线AD和BC关于CPC的中心轴是对称的。AC和BD分别与抛物线AD和BC的主轴相平行，其夹角为CPC的接收角2θc(接收半角)。利用光线跟踪法，可以很容易了解CPC的聚光特性。假设太阳为点光源且认为镜面无像差，则当太阳光平行于抛物线BC的主轴入射时(此时入射角θi＝θc，θi为入射光线与CPC对称轴之间的夹角)，光线将被汇集至其焦点A。如果入射角θi小于θc，则由图2(a)可知，光线被反射后将射入接收体的出口。反之，如果入射角θi大于θc，入射光线在第一次反射后将抵达焦点A的上方，最终将返回至CPC的进口而不能抵达至接收体出口(图2(b))。如果抛物反射镜是理想的，投射在CPC进口处的入射角在±θc之间的光线都将被汇集到接收体。对于理想的三维CPC，其最大聚光比为此时θi＝θc，CPC的聚光比完全由接收半角所决定θc决定，要得到较大的聚光比，相应的θc就必须减小，但θc的减小会导致全年中CPC调整倾角的次数增加，增加成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种无跟踪聚光系统的建模方法，该方法可降低全年中CPC调整倾角的次数,降低成本。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种无跟踪聚光系统的建模方法，包括以下步骤：S1：设定抛物面的最大的接收角θmax，建立标准CPC方程：右抛物线方程为：A1x2+A2y2+A3xy+A4x+A5y+A6＝0；左抛物线方程为：A1x2+A2y2-A3xy-A4x+A5y+A6＝0；其中，A1，A2，A3，A4，A5，A6为方程参数；S2：调整入射光线入射角θi，得到标准CPC上入射光线入射角θ1到θ2的曲线段；S3：为了使θ1到θ2的光线能进入聚光系统的吸收面上，将S2中得到的曲线段用双曲线替换，并计算出双曲线焦距2C： 2 C = 2 a ′ | 2 ( 1 + 1 sin 2 θ c ) cosθ c - ( 1 - sinθ c ) ( 1 + 1 sinθ c ) 2 tanθ 2 | ]]>结合了入射角θ2光线打在抛物线的交点以及焦距，计算双曲线的标准方程得： x 2 P 2 - y 2 Q 2 = 1 ; ]]>其中a'表示吸收面半径，C2＝P2+Q2；S4：将得到的双曲线构成的双曲面与抛物面结合，利用得到的双曲线与抛物线的方程，计算得出两端曲面构成的复合面的聚光比，并通过将两端结合的曲面向内平移来提高复合面的聚光比；S5：由于S4中两端结合的曲面向内平移会导致抛物面的接收角减少，通过在抛物面开口处设置菲涅尔透镜来使得抛物面的接收角恢复到S1中设定的值。优选地，所述θc为30°。优选地，所述吸收面圆周半径a'为25mm。优选地，所述θ1为30°，θ2为45°。优选地，所述菲涅尔透镜的半径为40mm。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术中，使用复合抛物面聚光器的结构参数(DM和CE)、成像菲涅尔透镜和吸收面组合而成的三维无跟踪型太阳能集光系统，比传统CPC的入射光线更多的被吸收面吸收，其聚光效率提高明显，能够更高效稳定地工作，吸收更多的太阳能；更重要的是由于接收角度扩大，所以随着季节调节的次数减少，节约了人力成本；在太阳能聚光系统光伏发电中有很大的运用。附图说明图1为复合抛物面结构图；图2(a)-(b)为复合抛物面反射示意图；图3复合抛物面坐标转化示意图；图4为本专利技术抛物面与双曲面结构示意图；图5为本专利技术的无跟踪聚光系统的结构图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图3所示，计算右抛物线方程：在以抛物线足点为原点o'、抛物线釉为y轴的x'o'y'坐标系中，右抛物线方程为： y ′ = 1 4 f x ′ 2 ]]>式中，f为抛物线的焦距，f＝a'(1+sinθc)通过坐标旋转、平移可将在x'o'y'系中的方程转化成xoy坐标中的方程。在xoy坐标系中，o'点的坐标为：g＝fsinθc-a'h＝-f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无跟踪聚光系统的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设定抛物面的最大的接收角θmax，建立标准CPC方程：右抛物线方程为：A1x2+A2y2+A3xy+A4x+A5y+A6＝0；左抛物线方程为：A1x2+A2y2‑A3xy‑A4x+A5y+A6＝0；其中，A1，A2，A3，A4，A5，A6为方程参数；S2：调整入射光线入射角θi，得到标准CPC上入射光线入射角θ1到θ2的曲线段；S3：为了使θ1到θ2的光线能进入聚光系统的吸收面上，将S2中得到的曲线段用双曲线替换，并计算出双曲线焦距2C：2C=2a′|2(1+1sin2θc)cosθc-(1-sinθc)(1+1sinθc)2tanθ2|]]>结合了入射角θ2光线打在抛物线的交点以及焦距，计算双曲线的标准方程得：x2P2-y2Q2=1;]]>其中，a'表示吸收面半径，C2＝P2+Q2；S4：将得到的双曲线构成的双曲面与抛物面结合，利用得到的双曲线与抛物线的方程，计算得出两端曲面构成的复合面的聚光比，并通过将两端结合的曲面向内平移来提高复合面的聚光比；S5：由于S4中两端结合的曲面向内平移会导致抛物面的接收角减少，通过在抛物面开口处设置菲涅尔透镜来使得抛物面的接收角恢复到S1中设定的值。...

【技术特征摘要】
1.一种无跟踪聚光系统的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定抛物面的最大的接收角θmax，建立标准CPC方程：
右抛物线方程为：A1x2+A2y2+A3xy+A4x+A5y+A6＝0；
左抛物线方程为：A1x2+A2y2-A3xy-A4x+A5y+A6＝0；
其中，A1，A2，A3，A4，A5，A6为方程参数；
S2：调整入射光线入射角θi，得到标准CPC上入射光线入射角θ1到θ2的曲
线段；
S3：为了使θ1到θ2的光线能进入聚光系统的吸收面上，将S2中得到的曲线
段用双曲线替换，并计算出双曲线焦距2C：
2 C = 2 a ′ | 2 ( 1 + 1 sin 2 θ c ) cosθ c - ( 1 - sinθ c ) ( 1 + 1 sin&thet...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凝，谌英敏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44