[发明专利]一种日光聚光器

说明书

技术领域

本发明提供了一种日光聚光器，属于太阳能应用领域。

背景技术

太阳能是人类最重要的能源。光伏发电和太阳能热利用是太阳能两个重要应用领域。太阳能属于低品位能源，为了有效利用太阳能，人们通过透镜聚焦、定向反射、傅立叶透镜等提高日光照射强度。这些方法或因复杂、或因成本高使应用受到一定限制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种易于加工、安装、价格低、聚光倍数适中，并便于制作各种尺寸(特别是较大尺寸)的日光聚光器。此种聚光器可广泛用于光伏发电、太阳能热利用(如太阳能热水器)，具有良好的经济价值。

本发明的技术方案如下：

本聚光器为一上开口面积大于下开口面积的空心的桶状结构，其上开口做为日光入射面，其中间的任意一截面包括下开口做为日光聚光面，内壁为反光面，通过内壁的反射将日光聚集于聚光面；所述聚光器的相对高度，即聚光器日光入射面到聚光面的高度h(h₂、h₃)与上开口直径d₁之比在0.1～1.2之间，内壁的倾角∠2在12°～40°之间。考虑加工、安装更为方便，聚光器的相对高度可选在0.2～1之间，内壁的倾角∠2可选在15°～35°之间。

所述聚光器的横截面为圆形、跑道形或矩形。

所述聚光器的反光面采用高反射率材料铝、铜、银或陶瓷制作而成。

所述聚光器为整体成形，或由若干分离的部件组合而成。

日光聚光器的原理如图1所示，聚光器为一上开口面积大于下开口面积的空心桶状结构。AG、BH为内壁，内壁为光学反射面。O₁O₃为轴线，此轴线与日光L平行。上开口AB为入射光平面，其直径为d₁，下开口GH为聚光面，其直径为d₃。日光射到内壁B点，经反射到聚光面G点，射到B₁、B₂点的光线经反射后分别射到聚光面G₁、G₂点。

设反射面AG、BH的反射系数为k(即内壁的反射系数为k)，则此聚光器的聚光倍数n＝k×d₁²/d₃²，当反射面AG、BH为全反面，即k＝1，则聚光倍数n＝d₁²/d₃²。

因d₁>d₃，故在聚光面GH的光功率密度高于入射面AB的光功率密度，达到聚光的效果。

此种聚光器的聚光倍数可达9倍，考虑到加工、安装等多种因素，此种聚光器理论上用于7倍以下最佳。

为了得到最佳的聚光与使用效果，对本聚光器的结构参数分析如下：

(1)较高聚光倍数的参数

设B点的反射光刚好射到聚光面的G点，如图2所示。当光线L₁射到聚光器的内壁反射面的B点，L₁与轴线O₁O₃平行，经B点作O₁O₃的平行线交于聚光面GH的H₁，K₁K₂为法线。

令AB＝d₁，GH＝d₃，O₁O₃＝h₃，从图2很容易得到：

∠1＝∠2＝∠3

d₃＝h₃[tg(∠2+∠3)-tg∠2]    ……(1)

h₃＝d₃/[tg(∠2+∠3)-tg∠2]   ……(2)

d₁＝2(d₃/2+h₃×tg∠2)   ……(3)

当下开口直径d₃及倾角∠2设定后，通过计算可得到表1所列的d₁，h₃、h₃/d₁、d₁²/d₃²等值。h为日光入射面到聚光面的高度，此处h＝h₃。