專利名稱：一種多平面反射鏡太陽能聚光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能聚光發(fā)電裝置，特別是一種用于太陽能發(fā)電的多平面鏡太陽能聚光裝置，屬于太陽能利用技術(shù)，
背景技術(shù)：
能源問題是社會經(jīng)濟發(fā)展的首要問題。近年來，伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國對能源的需求呈現(xiàn)快速增長的趨勢。目前，由于我國能源利用效率的低下和煤炭等化石能源使用比重過大導(dǎo)致了我國能源問題更加嚴峻和環(huán)境破壞日趨嚴重，極大地制約了我國經(jīng)濟的發(fā)展。太陽能因為其可再生以及對環(huán)境友好的優(yōu)點，是重要的傳統(tǒng)能源替代物。眾所周知，太陽能光伏發(fā)電作為太陽能利用中的最具發(fā)展前景的技術(shù)已被廣泛應(yīng) 用，然而光伏發(fā)電成本太高使其在整個能源結(jié)構(gòu)中所占比例較低，如何降低光伏發(fā)電成本成為各國競相研究重要課題。其中，聚光光伏CPV (Concentrator Photovoltaic)發(fā)電技術(shù)對降低光伏發(fā)電的成本具有巨大的潛力而引起世界各國科學(xué)家極大關(guān)注，近期已成為研究的熱點并建立了多處示范。太陽能聚光技術(shù)是太陽能聚光發(fā)電的關(guān)鍵，太陽能聚光根據(jù)光線匯集方式可分為反射或折射；根據(jù)焦點類型又可分為點、線或非聚集；根據(jù)聚光器位置類型又分為固定聚光器和跟蹤聚光器。帶跟蹤的反射式點聚光由于能夠提供高倍聚光，大大降低發(fā)電所需電池面積，近年來被國內(nèi)外很多學(xué)者所推崇。目前，反射式點聚光技術(shù)主要采用拋物型聚光反射面，據(jù)申請人檢索，公開號為CN101980065A的中國專利提出了一種張力結(jié)構(gòu)的太陽能反射鏡，通過將太陽反射膜貼在面形定焦支架上而形成曲面來反射聚光。另外公開號為CN202049282的專利提出一種多平面鏡拋物面反射聚焦裝置，采用拋物面原理制作出所需要形狀與尺寸的拋物面，在拋物面上鑲嵌或固定大小尺寸相同的N個平面鏡片，形成一個拋物面式反射鏡。對于傳統(tǒng)拋物型反射式聚光，焦點區(qū)域的光強分布為高斯分布，這種不均勻的光強對光伏電池發(fā)電效率會產(chǎn)生極大影響。光伏電池表面由于受光照強度不一樣，會因熱斑效應(yīng)而在電池內(nèi)部消耗大量電能并發(fā)熱，若此時熱量散發(fā)不及時將會造成光伏電池永久性的損壞。另外，拋物型聚光反射面制作難度較大，盡管目前采用先進技術(shù)能夠制作出較為理想的拋物面，但是成本較高，且在安裝過程中的一系列誤差仍是不容忽視的影響因素。除反射鏡面需制作成拋物型外，甚至支撐結(jié)構(gòu)也需做成類似拋物型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制作和安裝成本高。目前的聚光器基本都是制作之前就已經(jīng)設(shè)計好固定的聚光比，一旦設(shè)備安裝完成后，將無法變更聚光倍數(shù)，就算發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤也將無法調(diào)節(jié)，靈活性和適應(yīng)性較差。整體式的拋物鏡面，面積大，灰塵容易堆積，且在工作時風(fēng)阻影響巨大，抗風(fēng)能力有限。因此，需要一種新的太陽能聚光裝置，以克服上述中的諸多問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于太陽能發(fā)電的多平面反射鏡太陽能聚光裝置，能夠獲得最均勻的聚焦光斑，根本上解決光伏發(fā)電中聚光不均勻?qū)е碌男氏陆祮栴}，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。本實用新型技術(shù)解決方案，多平面反射鏡太陽能聚光裝置，包括固定在地面上的基礎(chǔ)部件、安裝在該基礎(chǔ)部件上能夠驅(qū)動多平面反射鏡陣列跟蹤太陽的轉(zhuǎn)動部件、與轉(zhuǎn)動部件相連接的平面鏡支撐結(jié)構(gòu)，及連接在平面支撐結(jié)構(gòu)上的多平面反射鏡陣列；所述多平面反射鏡陣列由多個獨立的單塊平面反射鏡構(gòu)成；所述平面支撐結(jié)構(gòu)由“H”型主框架和固定在“H”型主框架上的若干平行支撐條構(gòu)成；所述單塊平面反射鏡通過萬向節(jié)支架與所述平行支撐條相連，排列在平行支撐條上；所述轉(zhuǎn)動部件包括電動轉(zhuǎn)盤和電動推桿；電動推桿頂部的伸縮端與平行支撐條相連，通過電動推桿的伸縮推動“H”型主框架的俯仰角度，從而使多平面反射鏡陣列跟蹤太陽高度角；電動轉(zhuǎn)盤與“H”型主框架固定，通過電動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動帶動“H”型主框架在水面方向上作360度轉(zhuǎn)動，從而使多平面反射鏡陣列跟蹤太陽方位角。所述萬向節(jié)支架由上、中、下三段組成，各段之間靠螺桿連接；上段頂部有個圓臺，底部有個‘凹’槽；中段頂部呈‘凸’形，突出部分正好與上段底部的‘凹’槽相嚙合，嚙合后的兩段通過螺桿連接和固定，中段底部也有個‘凹’槽，但此‘凹’槽與頂部‘凸’起部分相垂直；下段頂部同樣有‘凸’起，‘凸’起部分與中段底部的‘凹’槽相嚙合，嚙合后的兩段也通過螺桿連接和固定，下段底面則設(shè)有一螺孔。所述萬向節(jié)支架上段頂部圓臺與單塊平面反射鏡粘接，下段底面通過螺桿與平行支撐條相連接。所述萬向節(jié)支架通過‘凹’槽與‘凸’起的連接，可以調(diào)節(jié)各段相互之間所成的角度，能使單塊平面反射鏡面在二維空間里任意角度轉(zhuǎn)動；同時通過對下段底部螺桿擰入螺孔深度的控制能使單塊平面反射鏡在豎直高度上有一定的微調(diào)范圍，以防止相鄰單塊平面反射鏡鏡面之間的相互碰撞和遮擋。所述萬向節(jié)支架在平行支撐條上的位置可變動，以便根據(jù)不同面積的單塊平面反射鏡做出相應(yīng)調(diào)整，最大程度利用采光面空間。所述多平面反射鏡陣列中各單塊平面反射鏡采用鍍銀反射面的普通平板玻璃作為反射部件。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(I)本實用新型采用多平面鏡反射陣列聚光后，解決了傳統(tǒng)點聚焦聚光器中光強高斯分布對光伏電池所帶來的影響，焦斑區(qū)域光強分布均勻，能夠獲得最均勻的聚焦光斑，根本上解決光伏發(fā)電中聚光不均勻?qū)е碌男氏陆祮栴}。(2)本實用新型用小塊的平面反射鏡組合取代大塊曲面反射鏡；多鏡共焦，聚光比調(diào)節(jié)靈活。(3)本實用新型摒棄傳統(tǒng)點聚光器中復(fù)雜的拋物型框架構(gòu)造，采用簡單的直線型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，通過萬向節(jié)支架將反射鏡與支撐結(jié)構(gòu)相連，易安裝、調(diào)整。(4)本實用新型的反射鏡面與支撐框架的連接、角度調(diào)整以及對焦都是通過萬向節(jié)支架來完成的，萬向節(jié)支架能使鏡面在二維空間里任意角度轉(zhuǎn)動，準確對焦，還在豎直高度上有一定的微調(diào)范圍，防止臨近鏡面的相互碰撞和遮擋；且萬向節(jié)支架在平行支撐條上的位置可變動，以便根據(jù)不同面積和形狀的反射鏡面做出相應(yīng)調(diào)整，最大程度利用采光面空間。(5)本實用新型采光平面采用二維跟蹤方式，能夠穩(wěn)定跟蹤太陽高度角和方位角，最大限度獲取入射太陽光。(6)本實用新型多平面鏡反射聚光裝置的聚光倍數(shù)即聚光比調(diào)整方法調(diào)整方便、靈活，通過增加或刪減多平面鏡反射陣列數(shù)目來完成，突破了傳統(tǒng)的一臺裝置固定一種聚光比的限制，可根據(jù)實際情況改變聚光倍數(shù)，從而大大降低了使用成本。(7)本實用新型中的單塊平面反射鏡采用普通平板玻璃作為反射部件，較之曲面鏡大大降低了生產(chǎn)制作成本；且各單塊平面反射鏡之間有一定空隙，大大降低了裝置在野外工作的風(fēng)阻。

圖I是依照本實用新型的立體示意圖；圖2是圖I所示裝置的固定在地面上基礎(chǔ)部件示意圖；圖3是根據(jù)本實用新型所述的萬向節(jié)支架示意圖；圖4是根據(jù)圖I所示本實用新型一實施例的多平面反射鏡陣列排列示意圖；圖5是根據(jù)圖I所示本實用新型一實施例的多平面反射鏡陣列工作示意圖；圖6是根據(jù)圖I所示本發(fā)明一實施例的聚光裝置焦斑位置處光強分配示意圖；圖7是圖I所示平行支撐條橫截面示意圖。其中固定在地面上的基礎(chǔ)部件110 ;主立柱111 ;底座112 ;轉(zhuǎn)動部件120 ;電動轉(zhuǎn)盤121 ;電動推桿122 ;平面鏡支撐結(jié)構(gòu)130 ;“H”型主框架131 ;平行支撐條132 ;多平面反射鏡陣列140 ;單塊平面反射鏡141 ;萬向節(jié)支架142 ;螺桿143 ;焦斑151 ;太陽光束L。
具體實施方式
在下面的描述中，將描述本實用新型的各種不同的方面。為了便于解釋，將陳述特定的配置和細節(jié)，以便提供對本實用新型的透徹理解。然而，本實用新型可能是在沒有在此提及的特定細節(jié)的情況下實現(xiàn)的，這對于熟悉這項技術(shù)的人將是明顯的。此外，為了突出本實用新型，眾所周知的特征可能被省略或簡化。現(xiàn)在參照圖1，它是本實用新型的實施方案構(gòu)成和工作立體示意圖。如圖I所示，本實用新型的多平面反射鏡聚光裝置包括固定在地面上的基礎(chǔ)部件110、轉(zhuǎn)動部件120、平面鏡支撐結(jié)構(gòu)130和多平面反射鏡陣列140。 固定在地面上的基礎(chǔ)部件110是主立柱111和立柱下面帶定位螺孔的底座112，參見圖2。轉(zhuǎn)動部件120包括安裝在主立柱111上的電動轉(zhuǎn)盤121和電動推桿122。電動推桿122頂部的伸縮端與‘H’型主框架131相連，通過電動推桿122伸縮端的伸縮帶動‘H’型主框架131俯仰角度的調(diào)整，從而使多平面反射鏡陣列140采光面方向隨太陽高度變化而調(diào)整，實現(xiàn)太陽高度角跟蹤的目的；電動轉(zhuǎn)盤121與“H”型主框架131固定，通過電動轉(zhuǎn)盤121轉(zhuǎn)動帶動“H”型主框架131在水面方向上作360度轉(zhuǎn)動，從而使多平面反射鏡陣列140采光面方向隨太陽方位變化而調(diào)整，實現(xiàn)跟蹤太陽方位角的目的。如圖1、4所示，在多平面反射鏡陣列140中，多平面反射鏡陣列140由多個獨立的單塊平面反射鏡141構(gòu)成。平面支撐結(jié)構(gòu)130由“H”型主框架131和固定在“H”型主框架上的若干平行支撐條132構(gòu)成。單塊平面反射鏡141通過萬向節(jié)支架142與平行支撐條132相連接，其中萬向節(jié)支架142 —端通過粘接方式與單塊平面反射鏡141粘接，另一端通過螺桿143與平行支撐條132相連接。多平面反射鏡陣列140的排列在平行支撐條132上，多平面反射鏡陣列140排列方式根據(jù)實際需要，如聚光倍數(shù)、空間位置和外觀需要來設(shè)計，例如圖4所示，本實施例中共有605塊方形單塊平面反射鏡141排列組成多平面反射鏡陣列140，但實施本實用新型時，并不局限于圖4所示排列方式，改變上述單塊平面反射鏡141的個數(shù)和平行支撐條132的數(shù)目也能達到同樣的功效。單塊平面反射鏡141可采用普通平板玻璃作為反射部件，表面鍍銀作為反射面以提高反射率。如需改變焦斑151的面積，可通過變化單塊平面反射鏡141的面積或多平面反射鏡陣列140中單塊平面反射鏡141的聚光位置來實現(xiàn)。例如圖6所示，焦斑151的A區(qū)域面積與單塊平面反射鏡141的面積相同，且與焦斑151的B區(qū)域面積相同，想將原有焦 斑151區(qū)域A擴展至兩倍，即A+B區(qū)域，可改變單塊平面反射鏡141的面積，使其變?yōu)樵娣e的兩倍，或改變多平面反射鏡陣列140的排列，即多平面反射鏡陣列140中一半數(shù)量的單塊平面反射鏡141將陽光反射至焦斑151的A區(qū)域，而另一半數(shù)量的單塊平面反射鏡141則將陽光反射至焦斑151的B區(qū)域，兩種操作均可實現(xiàn)焦斑面積的改變。但當(dāng)單塊平面反射鏡141面積變化時，萬向節(jié)支架142在平行支撐條132上的位置也需做出相應(yīng)調(diào)整，以避免相鄰單塊平面反射鏡141的相互遮擋、碰撞或彼此間距過大而浪費空間；如圖7所示，平行支撐條132呈槽狀，螺桿143和萬向節(jié)支架142能在其上滑動，當(dāng)調(diào)整好萬向節(jié)支架142在平行支撐條132上的位置后，鎖緊螺桿143即可固定萬向節(jié)支架142的位置。本實用新型實際使用時，單塊平面反射鏡141的形狀也不僅局限于圖4所示的方形，可根據(jù)置于焦斑151處物體的實際需要，變換單塊平面反射鏡141的形狀也能達到同樣效果。如圖3所示，萬向節(jié)支架142由上、中、下三段組成，各段之間靠螺桿143連接；上段頂部有個圓臺，底部有個‘凹’槽；中段頂部呈‘凸’形，突出部分正好與上段底部的‘凹’槽相嚙合，嚙合后的兩段通過螺桿143連接和固定，中段底部也有個‘凹’槽，但此‘凹’槽與頂部‘凸’起部分相垂直；下段頂部同樣有‘凸’起，‘凸’起部分與中段底部的‘凹’槽相嚙合，嚙合后的兩段也通過螺桿143連接和固定，下段底面則設(shè)有一螺孔。萬向節(jié)支架142上段頂部圓臺與單塊平面反射鏡141粘接，下段底面通過螺桿143與平行支撐條132相連接。調(diào)節(jié)萬向節(jié)支架142的方向，使入射到單塊平面反射鏡141上的太陽光束L反射到焦斑151位置，如圖5所示，整個多平面反射鏡陣列140的所有單塊平面反射鏡141都將太陽光束L反射到焦斑151位置，從而使焦斑151位置接收到極大的光強，達到高聚光比的目的。本實用新型又一種使用情況如下，如需同一焦斑位置接受不同強度的光照，例如一個方形焦斑區(qū)域，一部分能接收400倍光強，另一部分只能承受100倍光強，如圖6所示。此時，只需調(diào)整多平面反射鏡陣列140的分布，使400塊單塊平面反射鏡141將反射光聚集到圖6中焦斑151的A區(qū)域，另外100塊平面鏡將反射光聚集到圖6中焦斑151的B區(qū)域，即能輕松實現(xiàn)同一焦斑區(qū)域的不同聚光比分配。本實用新型使用不局限于本例所舉實例。如上所述，本實用新型的聚光裝置結(jié)構(gòu)設(shè)置簡單，能夠獲得最均勻的聚焦光斑，根本上解決光伏發(fā)電中聚光不均勻?qū)е碌男氏陆祮栴}；且聚光比調(diào)整僅需通過增加或刪減多平面反射鏡陣列數(shù)目即能完成，甚至更為靈活地實現(xiàn)了同一焦斑區(qū)域不同聚光比的分配；而反射鏡陣列支撐結(jié)構(gòu)摒棄傳統(tǒng)點聚光型聚光裝置的復(fù)雜拋物型構(gòu)造，采用簡單的直線型框架并采光平面采用二維跟蹤方式，能夠穩(wěn)定跟蹤太陽高度角和方位角，最大限度獲取入射太陽光；用價格低廉的平面鏡代替昂貴且制作復(fù)雜的曲面鏡，通過萬向節(jié)支架與支撐結(jié)構(gòu)相連，易安裝、調(diào)整。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案 的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種多平面反射鏡太陽能聚光裝置，其特征在于包括固定在地面上的基礎(chǔ)部件、安裝在該基礎(chǔ)部件上能夠驅(qū)動多平面反射鏡陣列跟蹤太陽的轉(zhuǎn)動部件、與轉(zhuǎn)動部件相連接的平面鏡支撐結(jié)構(gòu)，及連接在平面支撐結(jié)構(gòu)上的多平面反射鏡陣列；所述多平面反射鏡陣列由多個獨立的單塊平面反射鏡構(gòu)成；所述平面支撐結(jié)構(gòu)由“H”型主框架和固定在“H”型主框架上的若干平行支撐條構(gòu)成；所述多個獨立的單塊平面反射鏡排列在平行支撐條上，并通過萬向節(jié)支架與所述平行支撐條相連；所述轉(zhuǎn)動部件包括電動轉(zhuǎn)盤和電動推桿；電動推桿頂部的伸縮端與支撐結(jié)構(gòu)主框架相連，通過電動推桿的伸縮推動“H”型主框架的俯仰角度；電動轉(zhuǎn)盤與“H”型主框架固定，通過電動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動帶動“H”型主框架在水面方向上作360度轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多平面反射鏡太陽能聚光裝置，其特征在于所述萬向節(jié)支架由上、中、下三段組成，三段之間通過螺桿連接；上段頂部有個圓臺，底部有個‘凹’槽；中段頂部呈‘凸’形，突出部分正好與上段底部的‘凹’槽相嚙合，嚙合后的兩段通過螺桿連接和固定，中段底部也有個‘凹’槽，但此‘凹’槽與頂部‘凸’起部分相垂直；下段頂部同樣有‘凸’起，‘凸’起部分與中段底部的‘凹’槽相嚙合，嚙合后的兩段通過螺桿連接和固定，下段底面則設(shè)有一螺孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多平面反射鏡太陽能聚光裝置，其特征在于所述萬向節(jié)支架上段頂部圓臺與單塊平面反射鏡粘接，下段底面通過螺桿與平行支撐條相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多平面反射鏡太陽能聚光裝置，其特征在于所述多平面反射鏡陣列中各單塊平面反射鏡采用鍍銀反射面的普通平板玻璃作為反射部件。
專利摘要一種多平面反射鏡太陽能聚光裝置，包括基礎(chǔ)部件、轉(zhuǎn)動部件、平面鏡支撐結(jié)構(gòu)及多平面反射鏡陣列；多平面反射鏡陣列由多個獨立的單塊平面反射鏡構(gòu)成；平面支撐結(jié)構(gòu)由“H”型主框架和固定在“H”型主框架上的若干平行支撐條構(gòu)成；多個獨立的單塊平面反射鏡通過萬向節(jié)支架與所述平行支撐條相連；轉(zhuǎn)動部件包括電動轉(zhuǎn)盤和電動推桿；通過電動推桿的伸縮推動“H”型主框架的俯仰角度，從而使多平面反射鏡陣列跟蹤太陽高度角；通過電動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動使多平面反射鏡陣列跟蹤太陽方位角。本實用新型能夠獲得最均勻的聚焦光斑，根本上解決光伏發(fā)電中聚光不均勻?qū)е碌男氏陆祮栴}，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
文檔編號G02B7/198GK202710834SQ20122037223
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者季杰, 王云峰, 陳海飛, 裴剛 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)