一种分段式等光强反射聚光镜及其设计方法技术

本发明专利技术属于透镜技术领域，特别涉及一种分段式等光强反射聚光镜，包括若干段依次连接的平面聚光镜单元，位于正中间的平面聚光镜单元与水平面平行，位于正中间的平面聚光镜单元设置为基准单元，并且设置于基准单元的右端的平面聚光镜单元的倾斜度均不相同；设置于基准单元的左端的平面聚光镜单元的倾斜度均不相同。相对于现有技术，本发明专利技术设计为分段式反光镜的均匀反射聚光，在确定了光伏板的宽度和垂直高度后，能够自适应地设计出当前条件下对光能利用率最大的反射聚光镜的摆放位置，本发明专利技术在保证聚光能力和聚光均匀的前提下，能有效降低装置的高度，并且使光线均匀分布在光伏板上，从而降低了因光伏板局部温度过高而被损坏的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于透镜
，特别涉及一种分段式等光强反射聚光镜及其设计方法。
技术介绍
太阳能作为地球上所有能源的总源头，不仅绿色环保，而且储量巨大，可持续利用，是当今研究的前沿以及热点。但由于加工工艺以及现有的产品设计存在种种弊端，导致太阳能的利用率较低且成本消耗严重，因此，如何能以低成本实现太阳能的高效率利用，也成为了科学家研究的方向。关于太阳能聚光发电的国际性会议首次在2002年5月召开，会议表明光伏聚光系统是一项很有潜力的技术，光伏技术即通过反射镜或透镜使太阳光辐照度加强后投射到面积小但性能优的光伏板上，提高太阳能光照的利用率并降低成本，进一步实现节能减排。研究学家对反射镜的聚光特性进行模拟研究的结果表示，微小的反射镜面形变化也会明显降低聚光效果，但现今许多研究中都忽视反射镜面形所带来的聚光效果影响，近似地认为反射镜是直接将太阳光线反射聚集到光伏板平面上。因此，现有技术中的反射聚光镜存在局部受热不均匀的缺陷，容易导致光伏板因局部温度过高而损坏，聚光集热效果不甚理想。此外，现有技术中的反射聚光镜的设计方法复杂，且不能实现灵活的调整。有鉴于此，本专利技术旨在提供一种分段式等光强反射聚光镜及其设计方法，其抓住反射镜面形变化能改变聚光效果的特点，采用分段式设计的思想，对每块不同高度以及倾斜角度的反射镜通过精密计算制成，从而进一步增强聚光系统的聚光效果，提高太阳能的转化效率。专利技术内容本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种分段式等光强反射聚光镜，其抓住反射镜面形变化能改变聚光效果的特点，采用分段式设计的思想，对每块不同高度以及倾斜角度的反射镜通过精密计算制成，从而进一步增强聚光系统的聚光效果，提高太阳能的转化效率。为了实现上述目的，本专利技术所采用如下技术方案：一种分段式等光强反射聚光镜，包括若干段依次连接的平面聚光镜单元，以水平面为基准，位于正中间的所述平面聚光镜单元与水平面平行，位于正中间的所述平面聚光镜单元设置为基准单元，并且设置于所述基准单元的右端的所述平面聚光镜单元的倾斜度均不相同；设置于所述基准单元的左端的所述平面聚光镜单元的倾斜度均不相同。作为本专利技术分段式等光强反射聚光镜的一种改进，所述反射聚光镜以所述基准单元的纵向中心线所在直线为对称轴对称设置。作为本专利技术分段式等光强反射聚光镜的一种改进，设置于所述基准单元的右侧的每段所述平面聚光镜单元的长度均不同；设置于所述基准单元的左侧的每段所述平面聚光镜单元的长度均不同。作为本专利技术分段式等光强反射聚光镜的一种改进，设置于所述基准单元的右端的所述平面聚光镜单元的倾斜度向右逐渐增加；设置于所述基准单元的左端的所述平面聚光镜单元的倾斜度向左逐渐增加。作为本专利技术分段式等光强反射聚光镜的一种改进，位于最右端的所述平面聚光镜单元与水平面之间的夹角小于90°。作为本专利技术分段式等光强反射聚光镜的一种改进，所述位于正中间的平面聚光镜单元设置为非反光镜。作为本专利技术分段式等光强反射聚光镜的一种改进，从所述基准单元往右计，第i段平面聚光镜单元的左端点为(xi1,yi1)，其中i大于或等于1，则该段平面聚光镜单元的右端点(x′i1,y′i1)为：xi1′=yi1-ki1′·xi1+ki·dkr-ki1′yi1′=ki·(xi1′-xi1);]]>其中，d为光伏板的长度的1/2，ki为该段平面聚光镜单元的左端点与光伏板的左端点的连线的斜率，k′i1为该段平面聚光镜单元的斜率；k′i1的计算公式为：iαi=12·arccosh[(d+xi1)2+h2]12θ=αiki1′=arctanαi;]]>其中，θ为该段平面聚光镜单元与水平面的倾斜角度，d为光伏板的长度的1/2，αi为该段平面聚光镜单元的左端点与光伏板的左端点的连线和法线的夹角，h为光伏板的垂直高度。相对于现有技术，本专利技术设计为分段式反光镜的均匀反射聚光，在确定了光伏板的宽度和垂直高度后，能够自适应地设计出当前条件下对光能利用率最大的反射聚光镜的摆放位置，相对于传统的设计，本专利技术在保证聚光能力和聚光均匀的前提下，能有效降低装置的高度，并且使光线均匀分布在光伏板上，从而具有很好地抗风效果，也降低了因光伏板局部温度过高而被损坏的风险。本专利技术的另一个目的在于提供一种分段式等光强反射聚光镜的设计方法，包括以下步骤：S1，设光伏板的长度为2d，光伏板在地面上的投影处的长度也为2d，并且投影处设置长度为2d的基准单元，或者称为第0段平面聚光镜单元；S2，定义太阳光垂直照射时的光线向量为且其模为1；对于第0段平面聚光镜单元，其右端点坐标为(d,0)，假设反射聚光镜的加工工艺的最小精度为dmin,则设定每段平面聚光镜单元的初始长度为l，制造每段平面聚光镜单元的长度必须大于dmin，即l>dmin；S3，对于第i(i≥1)段平面聚光镜单元，任一段平面聚光镜单元的左端点为(xi1,yi1)，根据该点与光伏板的左端点的连线和法线的夹角αi、光伏板的垂直高度h，确定该段平面聚光镜单元的斜率k′i1，它们满足以下方程：iαi=12·arccosh[(d+xi1)2+h2]12θ=αiki1′=arctanαi;]]>其中，θ为该段平面聚光镜单元与水平面的倾斜角度；S4，根据光伏板的长度2d、任一段平面聚光镜单元的左端点与光伏板的左端点的连线的斜率ki和该段平面聚光镜单元的斜率k′i1，确定该段平面聚光镜单元的右端点(x′i1,y′i1)：xi1′=yi1-ki1′·xi1+ki·dkr-ki1′yi1′=ki·(xi1′-xi1);]]>S5，以完成设计的平面聚光镜单元的右端点(x′i1,y′i1)作为下一段相连接的平面聚光镜单元的左端点，令xi+1,1＝x′i1，yi+1,1＝y′i1；S6，重复第S3～S5，依次计算反射聚光镜的每一段平面聚光镜单元，直至当其与水平面的倾斜角度θ接近或长度小于加工工艺所能达到的最小精度时，则停止右半部分反光镜的制造，然后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：包括若干段依次连接的平面聚光镜单元，以水平面为基准，位于正中间的所述平面聚光镜单元与水平面平行，位于正中间的所述平面聚光镜单元设置为基准单元，并且设置于所述基准单元的右端的所述平面聚光镜单元的倾斜度均不相同；设置于所述基准单元的左端的所述平面聚光镜单元的倾斜度均不相同。

【技术特征摘要】
1.一种分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：包括若干段依次连接的平
面聚光镜单元，以水平面为基准，位于正中间的所述平面聚光镜单元与水平面
平行，位于正中间的所述平面聚光镜单元设置为基准单元，并且设置于所述基
准单元的右端的所述平面聚光镜单元的倾斜度均不相同；设置于所述基准单元
的左端的所述平面聚光镜单元的倾斜度均不相同。
2.根据权利要求1所述的分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：所述反
射聚光镜以所述基准单元的纵向中心线所在直线为对称轴对称设置。
3.根据权利要求1所述的分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：设置于
所述基准单元的右侧的每段所述平面聚光镜单元的长度均不同；设置于所述基
准单元的左侧的每段所述平面聚光镜单元的长度均不同。
4.根据权利要求1所述的分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：设置于
所述基准单元的右端的所述平面聚光镜单元的倾斜度向右逐渐增加；设置于所
述基准单元的左端的所述平面聚光镜单元的倾斜度向左逐渐增加。
5.根据权利要求2所述的分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：位于最
右端的所述平面聚光镜单元与水平面之间的夹角小于90°。
6.根据权利要求1所述的分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：所述位
于正中间的平面聚光镜单元设置为非反光镜。
7.根据权利要求2所述的分段式等光强反射聚光镜，其特征在于：从所述
基准单元往右计，第i段平面聚光镜单元的左端点为(xi1,yi1)，其中i大于或等于
1，则该段平面聚光镜单元的右端点(x′i1,y′i1)为：
xi1=yi1-ki1′·xi1+ki·dki-ki1′yi1′=ki·(xi1′-xi1);]]>其中，d为光伏板的长度的1/2，ki为该段平面聚光镜单元的左端点与光伏
板的左端点的连线的斜率，k′i1为该段平面聚光镜单元的斜率；
k′i1的计算公式为：
iαi=12·arccosh[(d+xi1)2+h2]12θ=αiki1′=arctanαi;]]>其中，θ为该段平面聚光镜单元与水平面的倾斜角度，d为光伏板的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李弘，郭承军，吴贺扬，伍嘉文，曾晓南，张金喜，黄羽中，李本栋，
申请(专利权)人：东莞华南设计创新院，广州数锐智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44