一种多曲面太阳能聚光器结构与角度设计方法技术

本发明专利技术公开了一种多曲面太阳能聚光器结构与角度设计方法，属于太阳能聚光器领域，聚光器反射曲线为渐开线、抛物线、中直线三段组合而成，本发明专利技术提供的聚光器可在空间狭小地方使用，占地面积小，并能很好进行中温集热，4月～8月区间，聚光器安装倾角为15

【技术实现步骤摘要】
一种多曲面太阳能聚光器结构与角度设计方法


[0001]本专利技术属于太阳能聚光器领域，具体涉及一种多曲面太阳能聚光器结构与角度设计方法。

技术介绍

[0002]常见的线聚焦太阳能聚光器主要包括抛物面槽式太阳能聚光器和多曲面太阳能聚光器，被广泛利用于中低温领域。抛物面槽式太阳能聚光器是线聚焦太阳能聚光器的典型代表，有学者通过搭建了平台、改变跟踪方式、更换接收器材料等方式提高聚光器的效率，但整体效果不佳。
[0003]Zheng等人构造了聚光器热效率的数学分析模型，并搭建了一台多曲面太阳能聚光器进行实验测试，研究结果表明，由实验得到的聚光器热效率与数学模型计算得到的热效率最大只有8.07％的偏差，证明了数学模型的可靠性。Zheng等人设计了一种新型多曲面太阳能聚光器，对使用圆形、正方形和矩形三种形状的接收器的聚光器进行了实验测试，并根据聚光器进出口温度以及当日辐照度计算得到了聚光器的实验效率，研究结果表明，圆形接收器的加热温度最高，效率最佳，但此次仅仅对单一曲面结构进行对比。北京理工大学郑宏飞等人研究光伏、光热、光电耦合的聚光器，多用于水下以及海水淡化装置等场景，但主要涉及在工程应用上，对于内部结构如何设计和安装角度方面没有过多的阐述和说明。
[0004]复杂的多曲面太阳能聚光器作为当下最流行的非成像太阳能聚光器，一般在复合抛物面太阳能聚光器(CPC)的基础上添加曲面得到，根据边线光线原理设计，在其接收角范围内入射的光线均可被接收器接收，在理论范围内，CPC在其接收角范围内可以保证100％的光线接收率和非常高的加热温度，然而该类型太阳能聚光器宽度往往较窄，几何高度往往过大，需要更大的垂直空间，除此之外，对于高纬度地区，CPC的接收角并没有到大到可以完全不跟踪太阳。
[0005]如何对多曲面太阳能聚光器结构进行优化设计，构建一种多曲面太阳能聚光器，解决自动跟踪与占用太大空间等问题，显得尤为关键；与此同时，新结构的聚光器结构安装角度如何选择，是本专利技术突出解决的方面。
[0006]本专利技术与专利：201811279175.5的区别在于提出了一种由直线(切线)、渐开线、抛物线三段组合而成的多曲面结构，并根据江苏扬州实际情况给出了不同的安装角度，效率更高、可实现自动跟踪功能。该专利的优点在于结构简单，采用不同函数段的抛物线进行焦点重合，缺点在于聚光器宽度往往较窄，几何高度往往过大，需要更大的垂直空间。
[0007]本专利技术与专利(201510085148.4)区别在于采用单根玻璃管、内部布局了集热翅片接收器，采用了直线(切线)、渐开线、抛物线三段组合而成的多曲面结构，效率上升高。另一个专利(201811279175.5)的侧重在槽式集热器的组装并计算相应的倾斜角度，对内部多曲面的结构情况没有进行细节设计说明。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，提供一种多曲面太阳能聚光器结构与角度设计方法，可以很好解决抛物线聚光器CPC宽度窄，几何高度大，高纬度接受角不能完全跟踪太阳问题，可实现根据用户需求自由选择每一个曲面，获得非常高的接收角。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术的采用的技术方案为：
[0010]一种多曲面太阳能聚光器结构，包括反射铝板、位于反射铝板的反射焦点处的集热管，其特征在于，所述反射铝板的横截面呈复合曲线结构，该复合曲线自原点向X轴正半轴方向依次由渐开线、抛物线和中直线组成，并以y轴为对称轴呈左右对称状，其中渐开线方程为：x3＝r(A sinj
‑
A cosj)；y3＝
‑
r(A cosj+A sinj)；抛物线方程为：中直线方程为：y1＝kx1+b；上述式中：f为焦距，a为抛物线平移距离，j为入射角度，r为接收器半径，b为聚光器上开口；复合曲线中的抛物线焦点位于集热管的中心位置。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，中直线方程中：400mm＜x1＜600mm，150mm＜y1＜450mm，500mm＜b＜1000mm。
[0012]本专利技术的进一步改进在于，抛物线方程中：60mm＜f＜120mm，600mm＜x2＜750mm；50mm＜y2＜450mm
[0013]本专利技术的进一步改进在于，渐开线方程中0mm≤x3≤400mm；0mm＜y3＜30mm，其中x3＝0时，y3＝300，x3＝400时，y3＝2.5。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，还包括用于固定反射铝板的第一支撑结构、用于固定集热管的第二支撑结构，以及置于反射铝板迎光面上方的玻璃盖板。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，所述反射铝板由整块铝板冲压而成。
[0016]一种多曲面太阳能聚光器角度设计方法，其特征在于，参照我国北方地区，以南北回归线(
‑
23
°
26
′
≤δ≤+23
°
26
′
)的太阳高度角为条件，在聚光器
±
20
°
接受角范围内，保证聚光器光学效率达到最大70％以上，聚光器的安装倾角、入射角和太阳高度角关系应符合如下：
[0017]聚光器的安装倾角+光线入射角+太阳高度角＝90
°
。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，聚光器可在不同月份设置不同安装角度，以保证每日工作时间8小时长，其中，4月～8月时，聚光器安装倾角为15
°
；9月～次年3月时，聚光器安装倾角为45
°
。
[0019]与现有技术比较，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术可以很好解决抛物线聚光器CPC宽度窄，几何高度大，高纬度接受角不能完全跟踪太阳问题，可实现根据用户需求自由选择每一个曲面，获得非常高的接收角.
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施实例中多曲面太阳能聚光器结构的曲线示意图。
[0022]图2为本专利技术多曲面太阳能聚光器的安装倾角、入射角、太阳高度角示意图。
[0023]图3为本专利技术多曲面太阳能聚光器的内部结构示意图。
[0024]图4为本专利技术多曲面太阳能聚光器的光线入射原理示意图。
[0025]图中：反射铝板1、集热管2、玻璃盖板3。
具体实施方式
[0026]下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体描述：
[0027]请参阅图1
‑
4，一种多曲面太阳能聚光器结构，包括反射铝板1、位于反射铝板1的反射焦点处的集热管2，用于固定反射铝板1的第一支撑结构、用于固定集热管2的第二支撑结构，以及置于反射铝板1迎光面上方的玻璃盖板3；其中，反射铝板1的横截面呈复合曲线结构，该复合曲线自原点向X轴正半轴方向依次由渐开线、抛物线和中直线组成，并以y轴为对称轴呈左右对称状，其中渐开线方程为：x3＝r(A sinj
‑
A cosj)，y3＝
‑
r(A cosj+A sinj)；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多曲面太阳能聚光器结构，包括反射铝板、位于反射铝板的反射焦点处的集热管，其特征在于，所述反射铝板的横截面呈复合曲线结构，该复合曲线自原点向X轴正半轴方向依次由渐开线、抛物线和中直线组成，并以y轴为对称轴呈左右对称状，其中渐开线方程为：x3＝r(A sin j
‑
A cos j)；y3＝
‑
r(A cos j+A sin j)；抛物线方程为：中直线方程为：y1＝kx1+b；上述式中：f为焦距，a为抛物线平移距离，j为入射角度，r为接收器半径，b为聚光器上开口；复合曲线中的抛物线焦点位于集热管的中心位置。2.根据权利要求1所述的一种多曲面太阳能聚光器结构，其特征在于，中直线方程中：400mm<x1<600mm，150mm<y1<450mm，500mm<b<1000mm。3.根据权利要求1所述的一种多曲面太阳能聚光器结构，其特征在于，抛物线方程中：60mm<f<120mm，600mm<x2<750mm；50mm<y2<450mm 。4.根据权利要求1所述的一种多曲面太阳能聚光器结构，其特征在于，渐开线方程中：4.根据权利要求1所述的一种多曲面太阳能聚光器结构，其特征在于，渐开线方程中：0m...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍纲，蔡加加，陈久松，胡丹丹，
申请(专利权)人：法尔美科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：