一种碟式太阳能聚光镜制造技术

本发明专利技术涉及一种碟式太阳能聚光镜。该碟式太阳能聚光镜由一次反光镜和二次反光镜组成；一次反光镜上安装了若干个由平面镜切割而成的小镜片，可将入射光线反射到二次反光镜上；二次反光镜由整块平面镜切割而成，可将一次反光镜反射过来的入射光线再次反射到指定区域内。本发明专利技术的制造材料主要是塑料和平面镜，制造成本远低于传统的抛物面反光镜，适用于不需要高精度点聚焦、只需将阳光大致地聚集到指定区域内即可的应用场景。区域内即可的应用场景。区域内即可的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种碟式太阳能聚光镜


[0001]本专利技术涉及太阳能聚光
，尤其是涉及一种碟式太阳能聚光镜。

技术介绍

[0002]目前，碟式太阳能聚光镜主要应用在碟式光热发电技术中。碟式光热发电技术的基本原理，就是将阳光聚焦起来作为热源，直接驱动斯特林发动机做功发电。为了保证斯特林发动机的热效率，热源的温度必须达到上千度，这对碟式太阳能聚光镜的聚光精度提出了很高的要求；为了达到这么高的聚光要求，现在的碟式太阳能聚光镜都采用了加工精度很高的抛物面反光镜。
[0003]如果应用场景并不需要那么高的点聚焦精度和加热温度，而是将阳光大致地聚集到指定区域内就行了(比如专利号2018102799515的专利技术专利《分布式太阳能蓄热装置》)，那么现有的碟式太阳能聚光镜在经济上就不可行了，因为它有两个主要的缺点：(1)高精度的抛物面反光镜，制造成本很高，最终导致整套系统的成本难以下降，这也是碟式光热发电技术迟迟得不到大规模商用的原因之一；(2)斯特林发动机一般安装在抛物面反光镜的焦点处，相对于太阳跟踪机构的支撑点的力矩很大，导致太阳跟踪机构的功率和能耗都很大，增加了制造成本、降低了经济效益。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种结构简洁、造价低廉的碟式太阳能聚光镜，适用于无需高精度点聚焦、只需将阳光大致地聚集到指定区域内即可的应用场景。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种碟式太阳能聚光镜，包括一次反光镜1和二次反光镜2；
[0007]所述一次反光镜1由若干个一次反光镜组件3拼接而成，为一个朝向入射光线的向阳面；所述一次反光镜组件3包括小镜片5和小镜片支撑件4；所述小镜片5为平面镜，安装在小镜片支撑件4的向阳面上，形成一次反光镜1的反射面，所述一次反光镜1的反射面可将入射光线12反射到二次反光镜2上；
[0008]所述二次反光镜2的反射面与一次反光镜1的反射面相对，所述二次反光镜2的反射面可将一次反光镜1反射过来的入射光线12反射到称为集光区域7的指定区域内；
[0009]所述二次反光镜2的边缘轮廓所在的平面是二次镜基准面6；二次镜基准面6平行于所述一次反光镜1的边缘轮廓所在的平面；
[0010]所述一次反光镜1的边缘轮廓与所述二次反光镜2的边缘轮廓形状相似；将一次反光镜1的边缘轮廓的形心与二次反光镜2的边缘轮廓的形心连接起来，得到的直线是中心连线8；中心连线8垂直于二次镜基准面6。
[0011]优选的，所述一次反光镜1与所述二次反光镜2的边缘轮廓为圆形或多边形。
[0012]优选的，所述一次反光镜1是一个空心的环形结构，该环形结构的边缘是外环14和
内环15；外环14与内环15之间铺设小镜片5；内环15的内部放置蓄热容器17；所述内环15所在的平面是一次镜基准面16；一次镜基准面16平行于二次镜基准面6。
[0013]优选的，所述集光区域7是蓄热容器17的保温玻璃窗25上最接近二次反光镜2的表面；如果入射光线12能够被一次反光镜1和二次反光镜2反射到集光区域7，就必定能进入蓄热容器17的内部。
[0014]优选的，所述二次反光镜2为平面镜、球形凸面镜或球形凹面镜。
[0015]优选的，所述小镜片支撑件4的剖面包括若干个剖面线段11；所述剖面线段11之间依次首尾连接，形成一个连续的折线；所述剖面线段11的中点与所述中心连线8的距离越大，该剖面线段11的斜率就越大；所述剖面线段11的长度和斜率的取值能保证入射光线12被所述一次反光镜1和所述二次反光镜2反射到集光区域7内，并且不会被蓄热容器17的外壳挡住。
[0016]优选的，确定剖面线段11的方法包括以下步骤：
[0017]Step1，根据实际应用场景和客户的需求，选定聚光镜的设计参数：
[0018]F：一次反光镜1的半径F；
[0019]R：当二次反光镜2为球面镜时，二次反光镜2的球面半径；
[0020]H：一次镜基准面16与二次镜基准面6之间的距离；
[0021]h：集光区域7与一次镜基准面16之间的距离；
[0022]D：二次反光镜2的边缘轮廓的半径；
[0023]d：集光区域7的边缘轮廓的半径；
[0024]Step 2，在XY平面图上作蓄热容器17的外壳的剖面轮廓线34；
[0025]Step 3，在XY平面图上作一条线段L
d
33代表集光区域7；线段L
d
33的函数为：y＝h,x∈(D-d,D+d)，中点坐标为：(D,h)；
[0026]Step 4，在XY平面图上作一条线段L
D
35代表二次反光镜2的剖面轮廓在X轴方向上的投影；线段L
D
35的函数为：y＝H,x∈(0,2D)，中点坐标为：(D,H)；
[0027]Step 5，过线段L
D
35的两个端点作二次反光镜的剖面轮廓线的曲线函数S
D
；
[0028]如果二次反光镜是平面镜，曲线函数S
D
50为：y＝H,x∈(0,2D)；
[0029]如果二次反光镜是球形凸面镜，曲线函数S
D
51为：51为：x∈(0,2D)；
[0030]如果二次反光镜是球形凹面镜，曲线函数S
D
52为：52为：x∈(0,2D)；
[0031]Step 6，过线段L
d
33与线段L
D
35的中点作中心连线8；中心连线8的函数为：x＝D；
[0032]Step 7，选取点(x1,y1)37，取值范围是：x1≥2D，y1＝0；过点(x1,y1)37作一条斜率为k1、长度为l1的线段L136，该线段代表小镜片5的剖面；线段L136的函数为：y＝k1(x-x1)+y1,x∈(x1,x1+l
1 cos(tan-1
(k1)))；
[0033]Step 8，过线段L136的起点(x1,y1)37作入射光线P038；入射光线P038的函数为：x＝x1；
[0034]Step 9，过线段L136的终点作入射光线T039；入射光线T039的函数为：x＝x1+l1cos
(tan-1
(k1))；
[0035]Step 10，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线P038的一次反射光线P140；一次反射光线P140的斜率为：k
P1
＝tan(π/2+2tan-1
(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1
(k1))(x-x1)+y1,x∈(-∞,x1)；
[0036]Step 11，将线段L136视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线T039的一次反射光线T141；一次反射光线T141的斜率为：k
T1
＝tan(π/2+2tan-1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碟式太阳能聚光镜，其特征在于：包括一次反光镜(1)和二次反光镜(2)；所述一次反光镜(1)由若干个一次反光镜组件(3)拼接而成，为一个朝向入射光线的向阳面；所述一次反光镜组件(3)包括小镜片(5)和小镜片支撑件(4)；所述小镜片(5)为平面镜，安装在小镜片支撑件(4)的向阳面上，形成一次反光镜(1)的反射面，所述一次反光镜(1)的反射面可将入射光线(12)反射到二次反光镜(2)上；所述二次反光镜(2)的反射面与一次反光镜(1)的反射面相对，所述二次反光镜(2)的反射面可将一次反光镜(1)反射过来的入射光线(12)反射到称为集光区域(7)的指定区域内；所述二次反光镜(2)的边缘轮廓所在的平面是二次镜基准面(6)；二次镜基准面(6)平行于所述一次反光镜(1)的边缘轮廓所在的平面；所述一次反光镜(1)的边缘轮廓与所述二次反光镜(2)的边缘轮廓形状相似；将一次反光镜(1)的边缘轮廓的形心与二次反光镜(2)的边缘轮廓的形心连接起来，得到的直线是中心连线(8)；中心连线(8)垂直于二次镜基准面(6)。2.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜，其特征在于：所述一次反光镜(1)与所述二次反光镜(2)的边缘轮廓为圆形或多边形。3.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜，其特征在于：所述一次反光镜(1)是一个空心的环形结构，该环形结构的边缘是外环(14)和内环(15)；外环(14)与内环(15)之间铺设小镜片(5)；内环(15)的内部放置蓄热容器(17)；所述内环(15)所在的平面是一次镜基准面(16)；一次镜基准面(16)平行于二次镜基准面(6)。4.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜，其特征在于：所述集光区域(7)是蓄热容器(17)的保温玻璃窗(25)上最接近二次反光镜(2)的表面；如果入射光线(12)能够被一次反光镜(1)和二次反光镜(2)反射到集光区域(7)，就必定能进入蓄热容器(17)的内部。5.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜，其特征在于：所述二次反光镜(2)为平面镜、球形凸面镜或球形凹面镜。6.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜，其特征在于：所述小镜片支撑件(4)的剖面包括若干个剖面线段(11)；所述剖面线段(11)之间依次首尾连接，形成一个连续的折线；所述剖面线段(11)的中点与所述中心连线(8)的距离越大，该剖面线段(11)的斜率就越大；所述剖面线段(11)的长度和斜率的取值能保证入射光线(12)被所述一次反光镜(1)和所述二次反光镜(2)反射到集光区域(7)内，并且不会被蓄热容器(17)的外壳挡住。7.根据权利要求6所述的太阳能聚光镜，其特征在于：确定剖面线段(11)的方法包括以下步骤：Step1，根据实际应用场景和客户的需求，选定聚光镜的设计参数：F：一次反光镜(1)的半径F；R：当二次反光镜(2)为球面镜时，二次反光镜(2)的球面半径；H：一次镜基准面(16)与二次镜基准面(6)之间的距离；h：集光区域(7)与一次镜基准面(16)之间的距离；D：二次反光镜(2)的边缘轮廓的半径；d：集光区域(7)的边缘轮廓的半径；Step 2，在XY平面图上作蓄热容器(17)的外壳的剖面轮廓线(34)；
Step 3，在XY平面图上作一条线段L
d
(33)代表集光区域(7)；线段L
d
(33)的函数为：y＝h，x∈(D-d，D+d)，中点坐标为：(D,h)；Step 4，在XY平面图上作一条线段L
D
(35)代表二次反光镜(2)的剖面轮廓在X轴方向上的投影；线段L
D
(35)的函数为：y＝H，x∈(0，2D)，中点坐标为：(D,H)；Step 5，过线段L
D
(35)的两个端点作二次反光镜的剖面轮廓线的曲线函数S
D
；如果二次反光镜是平面镜，曲线函数S
D
(50)为：y＝H，x∈(0,2D)；如果二次反光镜是球形凸面镜，曲线函数S
D
(51)为：(51)为：如果二次反光镜是球形凹面镜，曲线函数S
D
(52)为：(52)为：Step 6，过线段L
d
(33)与线段L
D
(35)的中点作中心连线(8)；中心连线(8)的函数为：x＝D；Step 7，选取点(x1,y1)(37)，取值范围是：x1≥2D，y1＝0；过点(x1,y1)(37)作一条斜率为k1、长度为l1的线段L1(36)，该线段代表小镜片(5)的剖面；线段L1(36)的函数为：y＝k1(x-x1)+y1,x∈(x1，x1+l1cos(tan-1
(k1)))；Step 8，过线段L1(36)的起点(x1,y1)(37)作入射光线P0(38)；入射光线P0(38)的函数为：x＝x1；Step 9，过线段L1(36)的终点作入射光线T0(39)；入射光线T0(39)的函数为：x＝x1+l1cos(tan-1
(k1))；Step 10，将线段L1(36)视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线P0(38)的一次反射光线P1(40)；一次反射光线P1(40)的斜率为：k
P1
＝tan(π/2+2tan-1
(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1
(k1))(x-x1)+y1,x∈(-∞，x1)；Step 11，将线段L1(36)视为平面反光镜的剖面，按照光学反射定律计算出入射光线T0(39)的一次反射光线T1(41)；一次反射光线T1(41)的斜率为：k
T1
＝tan(π/2+2tan-1
(k1))，函数为：y＝tan(π/2+2tan-1
(k1))(x-x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：于献榕，
申请(专利权)人：无锡能量块高新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：