一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)所需設(shè)計(jì)復(fù)合拋物面聚光器CPC的出射光孔寬度和幾何聚光比CG，其中入射光孔寬度計(jì)算出該CPC的高度H1、采光半角θ、拋物線的焦距以及最佳均勻面B1F1與出射光孔之間的距離進(jìn)而確定CPC幾何結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)該設(shè)計(jì)方法，不僅可以大大降低CPC的高度H1，而且可提升CPC聚光后在最佳均勻面B1F1上的光強(qiáng)均勻度，同時(shí)提升了CPC的經(jīng)濟(jì)性和聚光性。
【專利說(shuō)明】一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低倍太陽(yáng)能聚光光伏以及光伏光熱綜合利用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及線聚光且對(duì)稱布置的平板接收型復(fù)合拋物面聚光器設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)學(xué)者Winston根據(jù)最大聚光原理發(fā)明了復(fù)合拋物面聚光器(CPC, CompoundParabolic Concentrator),早期用于高能物理試驗(yàn)中做射線檢測(cè)，1974年開始嘗試用于太陽(yáng)能技術(shù)。CPC是一種根據(jù)邊緣光學(xué)原理設(shè)計(jì)的非成像聚光器，這種聚光器的特點(diǎn)是，在CPC接收角范圍內(nèi)，對(duì)任意給定的接收角，可得到熱力學(xué)上最大可能的聚光比。平板接收型CPC,由左右對(duì)稱的兩片拋物面組成，平板接收體布置在底部，一般用于聚光比10以下。由于CPC的非成像特性，只需做間隙性的跟蹤調(diào)節(jié)甚至是季節(jié)性的跟蹤調(diào)節(jié)，無(wú)需連續(xù)跟蹤或精確跟蹤。當(dāng)聚光比在3以下時(shí)，可以固定布置，無(wú)需跟蹤調(diào)節(jié)。另外，CPC不但能夠接收直接太陽(yáng)輻射，還能很好的接收散射輻射。
[0003]將CPC應(yīng)用于低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用領(lǐng)域，可以很好利用以上指出的CPC優(yōu)勢(shì)，然而，隨著CPC聚光比的增加，CPC的高度也將顯著增加，這將導(dǎo)致CPC經(jīng)濟(jì)性顯著下降，增加CPC安裝難度，因此，根據(jù)CPC的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行截取，常規(guī)截取CPC采用截取比在2/3~1/2之間，認(rèn)為是理想的，此設(shè)計(jì)方法雖然考慮到了 CPC經(jīng)濟(jì)性，卻還是犧牲了 CPC的聚光比，且聚光后的光強(qiáng)均勻度無(wú)法得到保證，導(dǎo)致無(wú)法較好的應(yīng)用于低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用領(lǐng)域。綜上，在低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用領(lǐng)域中采用CPC，有必要對(duì)CPC的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)，使其在保證相同聚光比下，按照本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的CPC既能獲得更好的經(jīng)濟(jì)性，又能提升聚光后的光強(qiáng)均勻度，最終能夠很好的適用于低倍聚光光伏以及光伏光熱綜合利用系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器(CPC)的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)該設(shè)計(jì)方法，既能保證CPC的高度大大降低，又能提升CPC聚光后的光強(qiáng)均勻度。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0006]包括以下步驟:
[0007]I)在平板接收型復(fù)合拋物面聚光器CPC的橫切面建立xoy坐標(biāo)系，CPC由以Y軸對(duì)稱的拋物線:CBs C\F組成,其中，F(xiàn)為拋物線CB的焦點(diǎn)，F(xiàn)，為拋物線CB的頂點(diǎn)，W
為拋物線￡1的焦距， 點(diǎn)B、點(diǎn)F在X軸上，點(diǎn)C、點(diǎn)C1在X軸上方^F1為光線NB經(jīng)拋物線上B點(diǎn)反射后的光線，點(diǎn)B1、點(diǎn)F1位于X軸下方，且對(duì)稱設(shè)置于Y軸兩側(cè)，B1F1為CPC的最佳均勻面，此處安裝平板接收體或者光伏電池；點(diǎn)G與點(diǎn)I分別為拋物線^@延長(zhǎng)后的端點(diǎn)，直線IB與Y軸的夾角Θ為CPC的采光半角，H1為CPC的高度，@為CPC入射光孔的寬度，IF為CPC出射光孔的寬度，Ce為CPC幾何聚光比；CPC出射光孔寬度JF與幾何聚光
比Ce為已確定值，其中
【權(quán)利要求】
1.一種平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在平板接收型復(fù)合拋物面聚光器CPC的橫切面建立XOy坐標(biāo)系，設(shè)CPC的橫切面由拋物線GB、 If組成，其中，F(xiàn)為拋物線CB的焦點(diǎn)，F(xiàn)，為拋物線CB的頂點(diǎn)，W為拋物線CB的焦距，點(diǎn)B、點(diǎn)F在X軸上，點(diǎn)C、點(diǎn)C1在X軸上方^F1為光線NB經(jīng)拋物線上B點(diǎn)反射后的光線，點(diǎn)B1、點(diǎn)F1位于X軸下方，且對(duì)稱設(shè)置于Y軸兩側(cè)，B1F1為CPC的最佳均勻面，此處安裝平板接收體或者光伏電池；點(diǎn)G與點(diǎn)I分別為拋物線@、Cj-延長(zhǎng)后的端點(diǎn)，直線IB與Y軸的夾角Θ為CPC的采光半角，H1 SCPC的高度，為CPC入射光孔的寬度，IF為CPC出射光孔的寬度，Ce為CPC幾何聚光比；CPC出射光孔寬度W與幾何聚光比Cg為已確定值，其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述C點(diǎn)坐標(biāo)(xc, yc)的參數(shù)表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平板接收型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟為: a、由于ZA1CF ε Θ，根據(jù)直線茂夾角Θ與直線^斜率的關(guān)系，建立等式:
【文檔編號(hào)】G02B19/00GK103941383SQ201410160640
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】魏進(jìn)家, 謝胡凌, 高陽(yáng) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)