專利名稱：一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能高倍聚光光伏發(fā)電裝置，更具體的說涉及一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電性能及成本與光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇有密切關(guān)系。目前采用的聚光光伏發(fā)電光學(xué)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為折射式與反射式，折射式聚光光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用得比較多。多數(shù)折射式聚光光學(xué)系統(tǒng)的主鏡采用菲涅爾透鏡，由于較大口徑的全玻璃菲涅爾透鏡的制造工藝難度高，目前處于廣闊應(yīng)用的是SOG (Silicon-on-Glass)透鏡。這種SOG透鏡的優(yōu)點(diǎn)是抗老化性能較好，容易用模壓的方式實(shí)現(xiàn)大尺寸菲涅爾透鏡列陣(如3x5列陣)的量產(chǎn)。但是，折射式聚光光學(xué)系統(tǒng)也至少存在如下缺點(diǎn):
(1)聚光發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體積隨著幾何聚光比的增大而增大；
(2)對(duì)寬光譜(380-1800nm)的太陽光聚焦有很大的色差；
(3)SOG聚焦特性隨溫度的變化而不同；
(4)SOG所用硅膠國產(chǎn)化難，具有成本高和難以掌控的缺點(diǎn)；
(5)封閉模組內(nèi)接收器組件失效時(shí)更換不方便；
(6)模組氣密性控制難度大。Green Volts曾采用離軸拋物面反射鏡的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，但是由于暴露在空氣中的曲面形狀的玻璃反射鏡保潔困難等原因而后來又改用SOG透鏡。Solfocus采用的卡塞格林玻璃反射式聚光發(fā)電光學(xué)系統(tǒng)是迄今為止唯一得到量產(chǎn)的反射式高倍聚光光伏發(fā)電光學(xué)系統(tǒng)。這種反射式聚光光學(xué)系統(tǒng)具有無色差，聚焦特性不隨溫度變化的獨(dú)特性能。但是，玻璃反射式聚光光伏發(fā)電光學(xué)系統(tǒng)的不足之處在于:由主鏡與次鏡組成的反射聚光光學(xué)系統(tǒng)的裝配調(diào)校比較困難，玻璃反射鏡的生產(chǎn)制造成本也比較高，而且不能像SOG那樣一次模壓生產(chǎn)出大尺寸的聚光鏡列陣，因此發(fā)電模組的量產(chǎn)相比采用SOG透鏡列陣來說更不容易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其具有裝配調(diào)校方便以及發(fā)電功率高的特點(diǎn)。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其中，包括反射聚光鏡組件以及接收器組件，該反射聚光鏡組件具有可產(chǎn)生位于側(cè)邊上方會(huì)聚光斑的離軸菲涅爾反射聚光鏡，該接收器組件具有用于接收該會(huì)聚光斑中太陽能的接收器。進(jìn)一步，該接收器組件還包括二次光學(xué)元件，該二次光學(xué)元件位于會(huì)聚光斑處以將會(huì)聚光斑的光能均勻地輸送至接收器中。
進(jìn)一步，該接收器組件還包括將入射光束偏轉(zhuǎn)一定角度的光束轉(zhuǎn)向棱鏡。進(jìn)一步，該反射聚光鏡組件具有多個(gè)呈MXN陣列排布的離軸菲涅爾反射聚光鏡，該接收器組件則具有MXN個(gè)接收器，每一接收器與一個(gè)離軸菲涅爾反射聚光鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置；其中，M為大于或等于I的自然數(shù)，該N為大于或等于I的自然數(shù)。進(jìn)一步，該聚光光伏發(fā)電裝置還包括支撐架，該反射聚光鏡組件和接收器組件通過該支撐架而彼此相連。進(jìn)一步，該離軸菲涅爾反射聚光鏡具有反射鏡體、鍍?cè)O(shè)在反射鏡體面光側(cè)上的金屬反射膜、表面保護(hù)層以及底面支撐層，該反射鏡體的面光側(cè)具有同心設(shè)置且斷面呈鋸齒狀排布的多個(gè)螺紋，每一螺紋都具有朝向圓心一側(cè)的傾斜反射面，該菲涅爾反射聚光鏡根據(jù)通光孔徑、工作距和幾何聚光比調(diào)整傾斜反射面的傾角、螺紋距和高度以形成光強(qiáng)均勻分布且匹配于接收面的會(huì)聚光斑；該表面保護(hù)層位于反射鏡體的面光側(cè)，該底面支撐層位于反射鏡體的背光側(cè)，該表面保護(hù)層、反射鏡體和底面支撐層通過裝配結(jié)構(gòu)形成一密封體。進(jìn)一步，該表面保護(hù)層與反射鏡體之間的空腔呈真空狀態(tài)或充滿有惰性氣體。進(jìn)一步，該反射鏡體采用高分子聚合物經(jīng)模壓或輥壓一次加工成型。進(jìn)一步，該高分子聚合物選自有機(jī)玻璃或光學(xué)塑料。進(jìn)一步，該表面保護(hù)層的上下表面均形成有減反射膜。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明涉及一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其通過設(shè)置離軸菲涅爾反射聚光鏡，如此可以將接收器陣列組件的安裝位置從反射聚光鏡陣列組件的正上方移至側(cè)面，如此整個(gè)聚光光伏發(fā)電裝置不會(huì)因?yàn)榻邮掌麝嚵薪M件對(duì)入射光的遮擋而影響系統(tǒng)的發(fā)電功率。另外，由于該反射聚光鏡組件與接收器組件呈分開設(shè)置，即分別獨(dú)立密封，模組呈“開放式”，如此使得整個(gè)聚光光伏發(fā)電裝置在裝配、調(diào)校以及維護(hù)時(shí)均較為方便。


圖1為本發(fā)明涉及一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖1A為圖1中A部的放大 圖1B為圖1的光路不意 圖2為本發(fā)明涉及一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意 圖3為圖1和圖2中反射聚光鏡組件的示意 圖4A為離軸菲涅爾反射聚光鏡中x-z面的光路示意 圖4B為離軸菲涅爾反射聚光鏡中y-ζ面的光路示意 圖5為本發(fā)明中離軸菲涅爾反射聚光鏡的反射鏡體對(duì)光線進(jìn)行反射時(shí)的示意 圖6為本發(fā)明中離軸菲涅爾反射聚光鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:
離軸菲涅爾反射聚光鏡I
反射鏡體11螺紋111
傾斜反射面112金屬反射膜 113表面保護(hù)層12減反射膜 121
底面支撐層13
接收器2散熱片21
支撐架3。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。如圖1、圖1A和圖1B所示，本發(fā)明涉及的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡I的聚光光伏發(fā)電裝置，包括反射聚光鏡組件以及接收器組件，該反射聚光鏡組件具有可產(chǎn)生位于側(cè)邊上方會(huì)聚光斑的離軸菲涅爾反射聚光鏡1，該接收器組件具有用于接收該會(huì)聚光斑中太陽能的接收器2 ;具體地，如圖3所示，該接收器2上還設(shè)置有起散熱作用的散熱片21。優(yōu)選地，該反射聚光鏡組件具有多個(gè)呈MXN陣列排布的離軸菲涅爾反射聚光鏡1，該接收器組件則具有MXN個(gè)接收器2，每一接收器2與一個(gè)離軸菲涅爾反射聚光鏡I對(duì)應(yīng)設(shè)置；其中，M為大于或等于I的自然數(shù)，該N為大于或等于I的自然數(shù)。在本實(shí)施例中，該M=2，該N=5，即2行5列一共十個(gè)離軸菲涅爾反射聚光鏡I和十個(gè)接收器2。需要說明的是，根據(jù)實(shí)際需要，該M和N均可選為I。為了能讓接收平面上的光強(qiáng)分布能更加均勻，該接收器組件還包括二次光學(xué)元件，該二次光學(xué)元件位于會(huì)聚光斑處以將會(huì)聚光斑的光能均勻地輸送至接收器2中。另外，如圖2所示，為了減少或消除接收器2對(duì)入射光的遮擋所造成的光效損失，該接收器組件還包括將入射光束偏轉(zhuǎn)一定角度 的光束轉(zhuǎn)向棱鏡，如此，該接收器2的接收平面可以與會(huì)聚光斑呈一個(gè)角度，在本實(shí)施例中，該一定角度選用的為90度。在具體實(shí)施時(shí)，該光束轉(zhuǎn)向棱鏡的功能可以直接嵌置在二次光學(xué)元件中，即讓該二次光學(xué)元件同時(shí)起到調(diào)光和轉(zhuǎn)向的功倉泛。接著，該聚光光伏發(fā)電裝置還包括支撐架3，該反射聚光鏡組件和接收器組件通過該支撐架而彼此相連，以形成一個(gè)完整的發(fā)電裝置。這樣，本發(fā)明涉及一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡I的聚光光伏發(fā)電裝置，其通過設(shè)置離軸菲涅爾反射聚光鏡1，如此可以將接收器陣列組件的安裝位置從反射聚光鏡陣列組件的正上方移至側(cè)面，如此整個(gè)聚光光伏發(fā)電裝置不會(huì)因?yàn)榻邮掌麝嚵薪M件對(duì)入射光的遮擋而影響系統(tǒng)的發(fā)電功率。另外，由于該反射聚光鏡組件與接收器組件呈分開設(shè)置，即分別獨(dú)立密封，模組呈“開放式”，如此使得整個(gè)聚光光伏發(fā)電裝置在裝配、調(diào)校以及維護(hù)時(shí)均較為方便；由于與每個(gè)離軸菲涅爾反射聚光鏡I對(duì)應(yīng)的接收器2均是獨(dú)立密封與安裝，當(dāng)接收器組件列陣中的某一個(gè)接收器2失效時(shí)，可以單獨(dú)把該失效接收器2更換成新的，而常規(guī)封閉模組的內(nèi)的某一個(gè)接收器組件失效時(shí)，需要更換整個(gè)模組。如圖3所示，該離軸菲涅爾反射聚光鏡I實(shí)際即為菲涅爾透鏡的一部分，如此才呈現(xiàn)為離軸的功效，其光效圖請(qǐng)參照?qǐng)D4A和圖4B所示，其中，光束沿z方向入射，反射鏡體11則處于χ-y平面，由圖可知，其會(huì)聚光斑會(huì)呈現(xiàn)一定的離軸效果。對(duì)于發(fā)明所采用的離軸菲涅爾反射聚光鏡I的一種具體結(jié)構(gòu)，如圖6所示，該離軸菲涅爾反射聚光鏡I具有反射鏡體11、鍍?cè)O(shè)在反射鏡體11面光側(cè)上的金屬反射膜113、表面保護(hù)層12以及底面支撐層13，該反射鏡體11的面光側(cè)具有同心設(shè)置且斷面呈鋸齒狀排布的多個(gè)螺紋111，每一螺紋111都具有朝向圓心一側(cè)的傾斜反射面112，該金屬反射膜113用于提高反射量，以增加對(duì)太陽光的利用率；該菲涅爾反射聚光鏡根據(jù)通光孔徑、工作距和幾何聚光比調(diào)整傾斜反射面112的傾角、螺紋111的螺紋距和高度以形成光強(qiáng)均勻分布且匹配于接收面的會(huì)聚光斑；該表面保護(hù)層12位于反射鏡體11的面光側(cè)，該底面支撐層13位于反射鏡體11的背光側(cè)，該表面保護(hù)層12、反射鏡體11和底面支撐層13通過裝配結(jié)構(gòu)形成一密封體。對(duì)于該反射鏡體11，其是采用高分子聚合物經(jīng)模壓或輥壓一次加工成型，該高分子聚合物需具有良好的模壓特性、光學(xué)致密性以及穩(wěn)定性，該高分子聚合物具體可以選自有機(jī)玻璃或光學(xué)塑料。優(yōu)選地，該表面保護(hù)層12的上下表面均形成有減反射膜121，而該表面保護(hù)層12與反射鏡體11之間的空腔呈真空狀態(tài)或充滿有惰性氣體。如此使得本發(fā)明對(duì)太陽光的利用效率更高，并且還具有易于保潔和維護(hù)的功效。如圖5所示，強(qiáng)度均勻的平行光入射到邊長為D的方形菲涅爾反射聚光鏡上，在距離反射鏡體11 一定工作距WD的接收面上會(huì)聚形成一個(gè)邊長為d的方形光斑，該聚焦光斑的大小d由具體的非成像應(yīng)用系統(tǒng)的幾何聚光比要求來決定。當(dāng)然對(duì)于該會(huì)聚光斑，其也可以是圓形或者一維線性，具體可以根據(jù)實(shí)際情況而做出調(diào)整。為獲得光強(qiáng)均勻的會(huì)聚光斑，任意一個(gè)鋸齒面，即螺紋111的傾斜反射面112上的入射光線位置Y到達(dá)接收器面上的相應(yīng)位置I由以下公式來確定:
y=Y (d/D)......(I)
所述反射鏡體11的任意一個(gè)螺紋111傾斜反射面112的傾斜角度α由以下公式來計(jì)
算:
tan(2α) = (Y-y)/ffD......(2)
根據(jù)反射鏡體11的實(shí)際設(shè)計(jì)要求及模具加工技術(shù)與工藝條件來選擇反射鏡體11的螺紋間距P或高度，即鋸齒高h(yuǎn)。一旦確定了通光孔徑D，幾何聚光比Cg=(D/d)2，工作距WD，以及菲涅爾螺紋間距P，即可由以上兩個(gè)公式計(jì)算出每個(gè)螺紋的位置Yi及鋸齒的傾角參數(shù)α”而鋸齒高度`h=PXTan( α )。所述菲涅爾反射聚光鏡的光學(xué)效率除了由金屬反射膜113的反射率決定外，還取決于反射鏡的通光孔徑D、工作距WD的選擇以及反射鏡體11中的每個(gè)螺紋111的傾斜反射面112的傾角。上述實(shí)施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
權(quán)利要求
1.一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，包括反射聚光鏡組件以及接收器組件，該反射聚光鏡組件具有可產(chǎn)生位于側(cè)邊上方會(huì)聚光斑的離軸菲涅爾反射聚光鏡，該接收器組件具有用于接收該會(huì)聚光斑中太陽能的接收器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該接收器組件還包括二次光學(xué)元件，該二次光學(xué)元件位于會(huì)聚光斑處以將會(huì)聚光斑的光能均勻地輸送至接收器中。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該接收器組件還包括將入射光束偏轉(zhuǎn)一定角度的光束轉(zhuǎn)向棱鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該反射聚光鏡組件具有多個(gè)呈MXN陣列排布的離軸菲涅爾反射聚光鏡，該接收器組件則具有MXN個(gè)接收器，每一接收器與一個(gè)離軸菲涅爾反射聚光鏡對(duì)應(yīng)設(shè)置；其中，M為大于或等于I的自然數(shù)，該N為大于或等于I的自然數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該聚光光伏發(fā)電裝置還包括支撐架，該反射聚光鏡組件和接收器組件通過該支撐架而彼此相連。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該離軸菲涅爾反射聚光鏡具有反射鏡體、鍍?cè)O(shè)在反射鏡體面光側(cè)上的金屬反射膜、表面保護(hù)層以及底面支撐層，該反射鏡體的面光側(cè)具有同心設(shè)置且斷面呈鋸齒狀排布的多個(gè)螺紋，每一螺紋都具有朝向圓心一側(cè)的傾斜反射面，該菲涅爾反射聚光鏡根據(jù)通光孔徑、工作距和幾何聚光比調(diào)整傾斜反射面的傾角、螺紋距和高度以形成光強(qiáng)均勻分布且匹配于接收面的會(huì)聚光斑；該表面保護(hù)層位于反射鏡體的面光側(cè)，該底面支撐層位于反射鏡體的背光側(cè)，該表面保護(hù)層、反射鏡體和底面支撐層通過裝配結(jié)構(gòu)形成一密封體。
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該表面保護(hù)層與反射鏡體之間的空腔呈真空狀態(tài)或充滿有惰性氣體。
8.如權(quán)利要求6所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該反射鏡體采用高分子聚合物經(jīng)模壓或輥壓一次加工成型。
9.如權(quán)利要求6所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該高分子聚合物選自有機(jī)玻璃或光學(xué)塑料。
10.如權(quán)利要求6所述的一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，其特征在于，該表面保護(hù)層的上下表面均形成有減反射膜。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于離軸菲涅爾反射聚光鏡的聚光光伏發(fā)電裝置，包括反射聚光鏡組件以及接收器組件，該反射聚光鏡組件具有可產(chǎn)生位于側(cè)邊上方會(huì)聚光斑的離軸菲涅爾反射聚光鏡，該接收器組件具有用于接收該會(huì)聚光斑中太陽能的接收器。本發(fā)明通過設(shè)置離軸菲涅爾反射聚光鏡，如此可以將接收器陣列組件的安裝位置從反射聚光鏡陣列組件的正上方移至側(cè)面，如此整個(gè)聚光光伏發(fā)電裝置不會(huì)因?yàn)榻邮掌麝嚵薪M件對(duì)入射光的遮擋而影響系統(tǒng)的發(fā)電功率。另外，由于該反射聚光鏡組件與接收器組件呈分開設(shè)置，即分別獨(dú)立密封，模組呈“開放式”，如此使得整個(gè)聚光光伏發(fā)電裝置在裝配、調(diào)校以及維護(hù)時(shí)均較為方便。
文檔編號(hào)G02B7/182GK103208950SQ20131013752
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者廖廷俤, 黃啟祿, 李鵬 申請(qǐng)人:日芯光伏科技有限公司