本实用新型专利技术涉及一种全方向太阳光球形聚光装置，由球形空腔透镜和聚光漏斗上下连接而成，球形空腔透镜包括具有任意方向光线入射在同一球面的入光面，和由若干只同一中心光线轴不同直径依次联接的环形棱角镜组成的若干出光面，环形棱角镜的一棱角边垂直于入光面，另一棱角边与入光面呈小于４５°的夹角，且该棱角边的延长线与球形空腔透镜内腔底边相交，使任意方向入射的光线经球形空腔透镜入光面折射后，通过若干出光面将折射光线向球形空腔透镜内腔下方扩散，扩散光线经聚光漏斗的反光内壁反射至聚光漏斗下口位置固定的平面上，无需使用太阳光跟踪器，结构简单，光电转化效率高，大幅度降低发电成本，在太阳能发电领域应用前景广阔。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及太阳能发电领域，具体是 一种全方向太阳光球形聚光装置。
技术介绍
在太阳能发电系统的应用中，为了提高在单位面积内太阳光照射的光强， 达到较高的光电转换效率， 一般采用菲涅耳透镜、槽形、抛物反射等聚焦方式， 以及球聚焦方式。釆用菲涅耳透镜、槽型、抛物面聚焦方式，只能在太阳光直射情况下达到 较好的聚焦效果，随着太阳光的斜射光线逐步不聚焦，直至太阳光完全照射不 到光电转换设备上。为了使太阳光始终聚焦于一点上，上述聚焦方式均将光电 转换设备安装于太阳光跟踪器上全天跟踪太阳光，达到较好的聚光效果。但釆 用太阳光跟踪器，成本高，可靠性差，不便于安装，由于机械设备长期露天使 用易出故障， 一旦太阳光跟踪器失灵，整个太阳能发电系统基本处于瘫痪状态。 取消太阳光跟踪器是目前太阳能发电领域迫切解决的技术问题。为了取消太阳光跟踪器，目前有釆用球聚焦的方式，如专利申请号为200610076928. 3公开的一种"太阳光集聚器"，是采用球体透镜万向聚光，球体 透镜为实心球，或如专利号ZL20062,5067. 5公开的一种"万向聚光镜"，球 形聚光镜内腔充满液体。这些球聚焦方式能在早中晚全方向上聚焦阳光，聚焦 比高，但由于釆用实心球或充满液体的球，其重量较大，不方便安装，如与太 阳能电池组件配套使用，就必须加大球体，在太阳能发电领域中无法使用。为了克服球体体积、重量较大以及安装困难的问题，如专利申请号 200610027561. 6公开的"一种太阳能聚光发电装置"，采用的球透镜将球体减小， 为弧形球，球透镜内仍装有透明液体；或如专利号ZL200410020974.2公开的一 种"塑料透射式太阳能聚光器"，采用球面或柱面菲涅耳透镜聚光。这两种公开 技术减小了实心球的体积和重量，但又存在只有太阳光直射时光线聚焦一点的 缺陷，不能将早中晚全方向上的光线充分聚焦，失去了球全方向聚光的优势， 所以在这两件专利公开文件中还是加了太阳光跟踪器，才能达到较好的聚光效 果，而且结构更为复杂，增加了成本，又回到了上述需要取消太阳光跟踪器的 技术问题上。又如专利号ZL20051006簡.5公开的一种"薄型化球面透镜"，采用带菲 涅尔透镜沟槽的球面透镜，有效解决球面透镜为了增加透镜的孔径必须增加透 镜的厚度，而导致的球面透镜无法达到薄型化的缺陷，该薄型化球面透镜适用 于高聚光的焦电型红外线感应报警器、红外线探头等技术中。如该技术应用于 太阳能发电领域，由于菲涅尔透镜沟槽曲率半径不同，通过出光面出射的光线 均聚焦于同一点上，聚焦点随太阳光的移动而移动，只有垂直于太阳光直射方 向的聚焦效果好，该技术也必须安装太阳光跟踪器，才能保证聚光点始终处于 固定位置。综上所述，现有聚光方式一般釆用一级聚光或聚光再聚光的二级聚光原理， 所有光线都聚焦于一点，而且聚焦点是随着太阳光的移动而移动，普遍釆用成 本较高、性能不稳定、安装维护不便的太阳光跟踪器。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术中光线聚焦于一点，且聚光点随光 线的转动而位移，需加太阳光跟踪器使结构复杂、成本高的缺点，提供了一种 全方向太阳光球形聚光装置，釆用全方向球形集光、环形棱角镜折射散光、聚 光漏斗反射聚光的聚光方式，使全方向太阳光始终聚集于一固定面上，省去太 阳光跟踪器。为了实现上述目的，本技术釆用的技术方案是全方向太阳光球形聚 光装置包括球形空腔透镜和聚光漏斗，技术特点在于所述球形空腔透镜具有任 意方向光线入射在同一球面的入光面，即一级球形集光，和由若干只同一中心 光线轴不同直径依次联接的环形棱角镜组成的若干出光面，若干只环形棱角镜 布满球形空腔透镜球内面，任意环形棱角镜的一棱角边垂直于入光面，另一棱 角边与入光面呈小于45°的夹角，且该棱角边的延长线与球形空腔透镜内腔底 边相交，使任意方向入射的光线经球形空腔透镜入光面折射聚集后，通过若干 出光面将折射后的聚集光线有规律地向球形空腔透镜内腔下方扩散，即二级折 射散光，球形空腔透镜底面联接聚光漏斗，扩散到球形空腔透镜内腔下方的光 线少部分穿过聚光漏斗直射到聚光漏斗下口平面上，大部分扩散光经聚光漏斗 的反光内壁反射至聚光漏斗下口平面上，即三级反射聚光。进一步地，所述球形空腔透镜为等于或小于半球形的空腔透镜；球形空腔 透镜由折射率在l-5范围内的高透光材料制成，或由两层折射率不等的高透光材料制成，外层入光面的高透光材料折射率1-1.5，内层若干只环形棱角镜的高 透光材料折射率大于4，内层环形棱角镜的厚度是外层入光面厚度的至少1.5倍 以上；再进一步地，聚光漏斗上口为圆形或多边形，下口为圆形或椭圆形或多边 形，聚光漏斗两恻面形成的夹角为30。 -55° ,聚光漏斗下口联接太阳能电池片 或太阳能电池组件。本技术通过一级球形集光、二级折射散光、三级反射聚光的三级光折 射原理，即不同方向入射的太阳光经球形空腔透镜的入光面以聚集方式折射进 入空腔透镜内，通过若干只环形棱角镜组成的若干出光面将聚集光线向球形空 腔透镜内腔下方环周有规律扩散，扩散光线通过聚光漏斗聚光完成光线的集光、 散光、聚光的多级折射过程，使全方向入射的太阳光经多级折射后始终聚集在 同一固定面上，聚光面位置固定，不随太阳光的移动而移动，无需使用太阳光 跟踪器，使得聚光装置结构简单，加工方便，应用于太阳能发电领域，光电转 化效率大幅度提高，可以使发电成本大幅度降低，便于大批量生产，具有广泛 的应用价值。图3为中午太阳光入射球形空腔透镜后的光折射反射效果图4为上午或下午太阳光入射球形空腔透镜后的光折射反射效果图。附图中，球形空腔透镜l,聚光漏斗2，环形棱角镜3,球形空腔透镜内腔底边4,聚光漏斗下口平面5，环形棱角镜的一棱角边6，环形棱角镜的另一棱角边7，入光面8,若干出光面9。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作详细说明。 图1、 2中，-一种全方向太阳光球形聚光装置，主要由球形空心透镜l和聚 光漏斗2组成，球形空心透镜1为半球形或小于半球形，球形空心透镜l包括 具有任意方向光线入射在同一球面的入光面8，和由若干只同一中心光线轴不同 直径依次联接的环形棱角镜3组成的若干出光面9,若干只环形棱角镜布满球形 空腔透镜球内面，任意环形棱角镜的一棱角边6垂直于入光面8，另一棱角边附图说明图l为本技术结构示意图;的一边延长后与入光面8的夹角cc《45。，另一边延长后与球形空腔透镜内腔 底边4相交，该棱角边7宽于垂直入光面的棱角边6，光线基本是通过该宽棱角 边7折射散光。球形空腔透镜底面联接聚光漏斗，聚光漏斗釆用镜面铝等金属 材料拉伸一次成型，聚光漏斗上口为圆形或多边形，下口为圆形或椭圆形或多 边形， 一般采用上口为圆形、下口为方形的结构，聚光漏斗两侧面形成的夹角 为30° -55° ，聚光漏斗下口联接太阳能电池片或太阳能电池组件。半球形或小 于半球形的入光面以及入光面内面的若干只环形棱角镜釆用折射率在1-5范围 内的高透光材料浇铸、挤压一次成型，或者釆用两种折射率不同的高透光材料 分别成型后再加压粘合，外层入光面的高透光材料的折射率1-1.5，内层若干只 环形棱角镜的高透光材料的折射率大于4，环形棱角镜厚度是入光面厚度的至少 1.5倍以上。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全方向太阳光球形聚光装置，包括球形空腔透镜和聚光漏斗，其特征是：所述球形空腔透镜包括具有任意方向光线入射在同一球面的入光面，和由若干只同一中心光线轴不同直径依次联接的环形棱角镜组成的若干出光面，所述环形棱角镜的一棱角边垂直于入光面，另一棱角边与入光面呈小于４５°的夹角，且该棱角边的延长线与球形空腔透镜内腔底边相交，使任意方向入射的光线经球形空腔透镜入光面折射后，通过若干出光面将折射光线向球形空腔透镜内腔下方扩散，球形空腔透镜底面联接聚光漏斗，扩散光线经聚光漏斗的反光内壁反射至聚光漏斗下口平面上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，
申请(专利权)人：刘志勇，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]
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