本发明专利技术设计了一种可全角度聚光、较重的聚光组件无需跟踪移动、且折射率可调的充气式太阳能聚光器，及与之配套的集光和集热部件跟踪系统。该系统由上球壳、下球壳、环绕带、填充气体、气体储存室和气压控制阀组成该聚光器，由可伸缩圆弧形导轨、旋转步进电机模组、平动步进电机模组和太阳能接收模组组成与该聚光器配套的跟踪系统。本发明专利技术改变了传统太阳能聚光系统中，聚光组件跟踪太阳，集热组件相对不动的设计方法，通过高对称的全角度聚光设计使较重的聚光组件保持固定，只需较轻的集热组件相应跟踪，具有跟踪小负载的优势。本发明专利技术解决了传统太阳能聚光系统太阳跟踪复杂、维护成本高等问题，并可通过折射率调节提升能源利用效率。率。率。
【技术实现步骤摘要】
一种折射率可调的充气式聚光器及负载降低的跟踪系统
[0001]本专利技术涉及一种聚光系统，尤其涉及一种折射率可调的充气式聚光器及负载降低的跟踪系统，属于太阳能应用领域。
技术介绍
[0002]随着工业的迅速发展，传统能源的不可再生性、及由其导致的环境问题开始逐步凸显，中国的能源生产与消费仍然呈现出以煤炭为主、多能互补的结构形式。可见，新能源的开发及利用具有较大的发展空间，同时持续推动新能源发展及其体系建设，符合我国可持续发展战略和双碳计划。与具有地域局限性的风能、水能等相比，作为重要清洁能源之一的太阳能具有地域普适性、可利用能量大、利用成本低等优势，使其成为发展最快的新能源。
[0003]受到材料和技术发展的限制，传统的太阳能发电系统存在着系统结构简单、效率较低，或效率较高、系统结构冗杂的问题。由于传统晶硅电池和太阳能热水器等应用成本低，无需耦合复杂聚光系统就可产生应用价值。而有较高光电转化效率的三结砷化镓电池，由于其成本较高需要耦合复杂聚光系统才能发挥其作用。太阳能光热利用技术也需要耦合复杂聚光系统才能达到实际应用的温度条件。可是，目前聚光跟踪系统具有结构复杂、使用寿命短、维修成本高等问题，能否解决上述问题，成为了太阳能应用能否进一步发展的关键。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于通过设计一种折射率可调的充气式聚光器及负载降低的跟踪系统，提供一种适用范围广、结构简单、维修成本低、能量转换率高的聚光技术方案。
[0005]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可全角度聚光、较重的聚光原件无需跟踪移动、且折射率可调的充气式太阳能聚光器，及与之配套的集光和集热部件跟踪系统。主要由上球壳、下球壳、环绕带、填充气体、气体储存室、气压控制阀、可伸缩圆弧形导轨、旋转步进电机模组、平动步进电机模组、太阳能接收模组组成。利用该聚光器的全角度聚光、折射率可调和跟踪系统的实用简便、机械小负载，实现太阳能光伏和光热的高转化、低成本的应用。
[0006]所述上球壳、下球壳、环绕带、填充气体组成可全角度聚光、较重的聚光原件无需跟踪移动的充气式太阳能聚光器。其中上球壳、下球壳、环绕带采用具有高透光率且强度较高的树脂，上下两个球壳的半径和圆心皆不相同，环绕带位于两个球壳之间的圆环区域，三者共同组成聚光器的基本结构。填充气体采用安全性能良好、化学性质稳定、光学折射率高的气体，使其和空气的折射率有较大差距，进而产生较好的折射效果，是系统折射率可调节的基础。
[0007]所述气体储存室、气压控制阀组成充气式聚光器的折射率调节和安全控制装置，通过进气阀及与之连接的高压气腔和出气阀及与之连接的低压空腔，实现该聚光器内气压
在一定范围内的可调控，是保障聚光器安全、实现系统折射率调节的主要装置。
[0008]所述可伸缩圆弧形导轨、旋转步进电机模组、平动步进电机模组、太阳能接收模组组成与该聚光器配套的集光和集热部件跟踪系统。可伸缩圆弧形导轨是高强度金属组成的空腔导轨，其圆心同下球壳的球心，末端为多节式结构且导轨内空腔的弹簧装置将其顶出，导轨两端指向东西方向提供该方向通道，旋转时的摆动为南北方向，旋转时末端会受到聚光器的限制，伸缩结构解除了这种限制。旋转步进电机模组固定在环绕带东端，其转轴方向指向可伸缩圆弧形导轨圆心，使导轨在不同的日期位于不同的南北向位置上。平动步进电机模组内部的齿轮啮合在弹簧伸缩弧形导轨的齿条上，其在导轨上的位置随时间变化。太阳能接收模组固定在平动步进电机模组上，是由转化效率稳定的光伏电池和导热管组成，在光伏电池进行光电转化时通过导热管将光热充分利用。
附图说明
[0009]图1：本专利技术设计的聚光器及跟踪系统的原理图。
[0010]图2：本专利技术设计的聚光器及跟踪系统模型的三视图。
[0011]图3：本专利技术设计的可伸缩圆弧形导轨末端结构示意图。
[0012]图4：本专利技术设计的聚光器及跟踪系统的流程示意图。
[0013]图5：本专利技术设计的折射率调节的流程示意图。
[0014]图1中，包括上球壳（1），下球壳（2），环绕带（3），填充气体（4），气体储存室（5），气压控制阀（6），可伸缩圆弧形导轨（7），旋转步进电机模组（8），平动步进电机模组（9），太阳能接收模组（10）。
[0015]图3是图1中虚线部分（11）的详细结构图，是可伸缩圆弧形导轨末端的结构说明。
具体实施方式
[0016]本专利技术设计了一种可全角度聚光、较重的聚光原件无需跟踪移动、且折射率可调的充气式太阳能聚光器，及与之配套的集光和集热部件跟踪系统。其结构图如图1、图2所示，其工作原理如图1和图5所示。下面结合说明书附图和附图说明对本专利技术的工作原理和实施方案进行详细说明。
[0017]1、多角度接收的高对称、高聚光比充气式聚光器。当太阳光以某一个角度平行入射时，由于填充气体（4）的折射率大于空气折射率，会在气体上下交界处产生两次聚光作用。该过程提升了太阳能的能流密度，使得接收器件所需的面积减少、接受部位的温度上升，达到减少光伏电池成本和高效太阳光热利用的目的。该聚光器的高对称结构，实现了全角度接收太阳光，是后续负载降低的跟踪系统的结构基础。同时充气式聚光器的设计，使得其填充气体气压可调，是折射率可调的原因。
[0018]2、结合聚光器设计的负载降低的跟踪系统。根据太阳几何学可知，同一天太阳直射点的位置变化极小、即太阳光南北方向角变化极小，仅有东西方向角变化，太阳能接收模组（10）能够接收太阳光位置的变化亦是如此。因此，旋转步进电机模组（8）通过控制步进电机旋转角度，以天为单位控制可伸缩圆弧形导轨（7）进行南北方向变化，平动步进电机模组（9）通过控制步进电机旋转圈数，以分钟为单位使得平动步进电机模组（9）带动太阳能接收模组（10）在可伸缩圆弧形导轨（7）上进行东西方向移动。结合聚光器全角度接收太阳光的
特性，对于庞大的聚光装置来说，跟踪系统无需任何其移动，只需挪动太阳能接收器件就能达到跟踪效果。可伸缩圆弧形导轨（7）的末端结构如图3所示，其旋转时的摆动为南北方向，旋转时末端会受到聚光器的限制，可伸缩结构解除了这种限制、使得导轨旋转同时维持与下球壳的距离不变、保证太阳光各角度等效照射。
[0019]3、充气式聚光器的折射率调节和安全控制装置。气体折射率会随着气体压强的改变而变化，同时填充气体（4）由于温度的变化导致聚光器内部压强的改变，不加以控制就会产生一定的安全隐患。该装置由气体储存室（5）和气压控制阀（6）组成，解决气压不可控的安全问题，实现改变气压来调节折射率。气体储存室（5）由两个高强度金属腔体组成，一个是填充了高折射率气体的高压气腔，另一个是未填充气体的低压空腔，两个腔体单独通过气压控制阀（6）与聚光器进行气体交换。该装置结合聚光器的充气式结构设计，通过控制输入或输出气体的量，使聚光器内部气压可控，解决了安全隐患，同时实现聚光器折射率、聚焦位置和聚光比的变化，提升聚光器的能量转换效率。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种折射率可调的充气式聚光器及负载降低的跟踪系统，其特征在于：由上球壳、下球壳、环绕带、填充气体、气体储存室、气压控制阀、可伸缩圆弧形导轨、旋转步进电机模组、平动步进电机模组、太阳能接收模组组成。2.根据权利要求1所述的一种折射率可调的充气式聚光器及负载降低的跟踪系统，其特征在于：该系统由高度对称的充气式聚光器和负载降低的跟踪系统组成，这种耦合方式降低了跟踪系统的机械负载、提升了聚光器的聚光比和能量转换效率。3.根据权利要求1所述的由上球壳、下球壳、环绕带、填充气体组成的高度对称的充气式聚光器，其特征在于：该聚光器是一种填充性质稳定高折...
【专利技术属性】
技术研发人员：季旭，黄柯钦，张恒，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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