一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件技术方案

一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，所述光学聚光元件包括正对太阳的入射面和出射面，此出射面上设有若干个依次连接的锯齿同心环，各个锯齿同心环径向宽度相等，每个锯齿同心环包括一垂直于所述出射面的第一表面和第二表面，此第二表面呈弧形且为非球面，此第二表面一端连接到所述出射面，此第二表面另一端与所述第一表面另一端连接。本实用新型专利技术此聚光元件焦斑尺寸较小、聚光比高、形成的焦斑位置稳定，且其光斑受环带数的影响小，提高系统整体灵活性且有利于降低聚光器加工制作难度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，属于太阳能应用领域。
技术介绍
能源问题，已经成为我国经济发展的一个重要问题。可再生能源的利用，将成为解决我国能源供给和能源安全的关键。其中，太阳能发电是最理想的新型能源方式。尽管太阳能发电技术发展迅速，但是仍然存在成本高、效率低等问题。目前，聚光光伏太阳能技术(CPV)将传统的太阳能光电技术与大规模聚热太阳能发电厂结合起来，极大地强化太阳能生产，聚光光伏太阳能技术(CPV)通过聚光的方式把一定面积上的光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域(焦斑)，太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减少了太阳能电池的用量，降低成本。同样条件下，倍率越高，所需太阳能电池面积越小。但是，现有的太阳能光伏系统聚光效果较差，主要体现在以下几点如附图1所示，现有的聚光元件形成的焦斑尺寸较大、聚光比差。其次，如附图2所示，现有的聚光元件所形成的焦斑随环数的变化明显。再次，附图3 (a)为聚光器与电池单元无相对偏移的示意图，附图3 (b)为聚光器与电池单元有相对偏移，从附图可知现有技术中光学聚光元件的焦斑较大随着元件相对位置的变化，部分焦斑会偏离电池单元。这种现象会降低太阳光利用率，影响光伏系统的总功率。
技术实现思路
本技术提供一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，此聚光元件焦斑尺寸较小、聚光比高、形成的焦斑位置稳定，且其光斑受环带数的影响小。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，所述光学聚光元件包括正对太阳的入射面和出射面，此出射面上设有若干个依次连接的锯齿同心环，各个锯齿同心环径向宽度相等，每个锯齿同心环包括一垂直于所述出射面的第一表面和第二表面，此第二表面呈弧形且为非球面，此第二表面一端连接到所述出射面，此第二表面另一端与所述第一表面另一端连接。由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点本技术中中光学聚光元件的出射面为弧形面且为非球面，可以有效消除聚光元件工作面的球差，使得透镜焦点处的焦斑面积更小，并且在无需通过增加透镜环带数的基础上就可以得到很小的焦斑，焦斑大小受环带数的影响很小，不仅降低了光学聚光元件本身的加工难度而且还可以进一步减少太阳能电池板的使用面积，降低成本；其次，采用弧形面且为非球面的光学聚光元件时，对中心位置偏移的误差容忍度高，这种特性提高了利用此光学聚光元件的光伏系统的灵活性，当聚光元件的中心位置与太阳能电池单元的中心位置发生偏移，聚焦的光斑仍然会照射在电池单元上，从而有利于光伏系统的太阳能收集。附图说明附图1为现有技术不同环数聚光元件的光线追迹图及焦点处点列示意图；附图2为现有技术不同环数聚光元件的光路图及局部放大图；附图3为现有技术发生聚光元件偏移时接受屏获得的效率与光路图；附图4为本技术光学聚光元件的剖面示意图；附图5为本技术聚光元件的光线追迹图及焦点处点列示意图；附图6为本技术不同环数的光路图及局部放大图；附图7为本技术聚光元件发生偏移时接受屏获得的效率与光路图。以上附图中1、光学聚光元件；2、入射面；3、出射面；4、锯齿同心环；5、第一表面；6、第二表面。具体实施方式以下结合附图1-7及实施例对本技术作进一步描述实施例一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，所述光学聚光元件1包括正对太阳的入射面2和出射面3，此出射面3上设有若干个依次连接的锯齿同心环4，各个锯齿同心环4径向宽度相等，每个锯齿同心环4包括一垂直于所述出射面3的第一表面5和第二表面6，此第二表面6呈弧形且为非球面，此第二表面6 —端连接到所述出射面3，此第二表面6另一端与所述第一表面5另一端连接。以所述光学聚光元件1的圆心为坐标原点，Y轴垂直于所述出射面，X轴位于所述出射面内，所述第N锯齿同心环的第二表面6上各点坐标为(x，y)，此(x，y)满足以下公式权利要求1. 一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，其特征在于所述光学聚光元件(1)包括正对太阳的入射面(2)和出射面(3)，此出射面(3)上设有若干个依次连接的锯齿同心环 (4)，各个锯齿同心环(4)径向宽度相等，每个锯齿同心环(4)包括一垂直于所述出射面(3) 的第一表面(5)和第二表面(6)，此第二表面(6)呈弧形且为非球面，此第二表面(6)—端连接到所述出射面(3)，此第二表面(6)另一端与所述第一表面(5)另一端连接。专利摘要一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，所述光学聚光元件包括正对太阳的入射面和出射面，此出射面上设有若干个依次连接的锯齿同心环，各个锯齿同心环径向宽度相等，每个锯齿同心环包括一垂直于所述出射面的第一表面和第二表面，此第二表面呈弧形且为非球面，此第二表面一端连接到所述出射面，此第二表面另一端与所述第一表面另一端连接。本技术此聚光元件焦斑尺寸较小、聚光比高、形成的焦斑位置稳定，且其光斑受环带数的影响小，提高系统整体灵活性且有利于降低聚光器加工制作难度。文档编号G02B19/00GK202008547SQ201120076069公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日专利技术者刘立旺, 沈安珍, 王钦华, 薛银飞 申请人:苏州震旦光伏科技有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于聚光太阳能系统的光学聚光元件，其特征在于：所述光学聚光元件（１）包括正对太阳的入射面（２）和出射面（３），此出射面（３）上设有若干个依次连接的锯齿同心环（４），各个锯齿同心环（４）径向宽度相等，每个锯齿同心环（４）包括一垂直于所述出射面（３）的第一表面（５）和第二表面（６），此第二表面（６）呈弧形且为非球面，此第二表面（６）一端连接到所述出射面（３），此第二表面（６）另一端与所述第一表面（５）另一端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钦华，刘立旺，薛银飞，沈安珍，
申请(专利权)人：苏州震旦光伏科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32