本發(fā)明涉及太陽能利用設(shè)備領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種菲涅爾太陽能聚光集熱器，還涉及一種cpc的制造方法。

背景技術(shù)：

太陽能具有巨大、普遍、長久、無害等優(yōu)點(diǎn)，由于這些優(yōu)點(diǎn)，近年來人們對于探究太陽能的利用從未止步。但是太陽能也具有間歇性、分散性、隨機(jī)性等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)制約了太陽能的利用。菲涅爾透鏡是一種應(yīng)用十分廣泛的光學(xué)器件，可以將太陽光折射在某一點(diǎn)或某一線上，使太陽光輻照強(qiáng)度增加幾倍到幾十倍，聚光效果好。菲涅爾透鏡的應(yīng)用極大的降低了太陽能聚光裝置的成本?，F(xiàn)有的太陽能聚光器按照結(jié)構(gòu)主要分為兩種：一種為跟蹤類，一種為免跟蹤類。跟蹤類的太陽能聚光集熱器隨太陽光照射角度的變化而進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴；免跟蹤類的太陽能聚光集熱器不隨太陽光照射角度的變化而變化，成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，但聚光效果不理想，其太陽光能量吸收率和利用率較低。聚光型太陽能集熱器能實(shí)現(xiàn)太陽能的中高溫利用，滿足生活和工業(yè)生產(chǎn)需求。

綜上所述，如何有效地解決太陽能聚光集熱器聚光效果差、太陽能利用率低等問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種菲涅爾太陽能聚光集熱器，以解決太陽能聚光集熱器聚光效果差、太陽能利用率低等問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種菲涅爾太陽能聚光集熱器，包括腔體，所述腔體內(nèi)設(shè)有集熱管組件和cpc(復(fù)合拋物面聚光器)，所述集熱管組件的上方設(shè)有線性菲涅爾透鏡，所述集熱管組件的軸線設(shè)于所述線性菲涅爾透鏡的焦線處，所述集熱管組件設(shè)于所述cpc內(nèi)以接收所述cpc反射的光線。

優(yōu)選地，所述線性菲涅爾透鏡設(shè)于所述腔體的上方，所述線性菲涅爾透鏡與所述腔體滑動連接進(jìn)行線性運(yùn)動以根據(jù)緯度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述腔體頂部的兩端設(shè)置滑軌，所述線性菲涅爾透鏡固設(shè)有直線軸承，所述直線軸承與所述滑軌配合。

優(yōu)選地，所述腔體為經(jīng)有機(jī)玻璃板組成的密閉腔體。

優(yōu)選地，所述集熱管組件經(jīng)設(shè)其兩端的集熱管支架固定連接于所述腔體的底板上，所述集熱管支架上分別垂直設(shè)有側(cè)反光鏡。

優(yōu)選地，集熱管組件包括真空集熱管和設(shè)于其內(nèi)的集熱支管，所述真空集熱管為一側(cè)開口的管體，所述集熱支管為u型集熱回路以在所述真空集熱管的開口處進(jìn)出。

優(yōu)選地，所述cpc設(shè)于所述腔體的底板上經(jīng)cpc支架與所述底板固定連接。

優(yōu)選地，所述真空集熱管的內(nèi)壁表面設(shè)有選擇性吸收涂層。

優(yōu)選地，所述集熱支管突出于所述腔體的側(cè)壁且與其經(jīng)防水透氣膜連接。

基于上述的菲涅爾太陽能聚光集熱器，本發(fā)明還提供了一種cpc的制造方法，包括：

以真空集熱管的內(nèi)徑為基圓，基圓的中心為o，以cpc水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸，構(gòu)建直角x-y直角坐標(biāo)系；

根據(jù)公式1)r為基圓半徑，t為參數(shù)，t＝0～2π得到基圓漸開線a；

根據(jù)公式2)θmax為經(jīng)線性菲涅爾透鏡進(jìn)行模擬測量得到cpc的最大接收角，得到所述基圓漸開線a繞圓心o順時針旋轉(zhuǎn)角度θ；

根據(jù)y軸得到與所述基圓漸開線a對稱的基圓漸開線b，繪制旋轉(zhuǎn)漸開線和拋物面，截取得到所述cpc的反光面曲線。

本發(fā)明提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器，包括腔體，腔體內(nèi)設(shè)有集熱管組件和cpc，集熱管組件的上方設(shè)有線性菲涅爾透鏡，集熱管組件的軸線設(shè)于線性菲涅爾透鏡的焦線處，集熱管組件設(shè)于cpc內(nèi)以接收cpc反射的光線。應(yīng)用本發(fā)明提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器及cpc的制造方法，光線通過線性菲涅爾透鏡折射進(jìn)入至cpc中，經(jīng)cpc反射進(jìn)集熱管組件中，該裝置通過線性菲涅爾透鏡和cpc間的配合，實(shí)現(xiàn)高效聚光。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的左視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的cpc的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。

附圖中標(biāo)記如下：

線性菲涅爾透鏡1、滑軌2、鋁型材支架3、直線軸承4、有機(jī)玻璃板5、側(cè)反光鏡6、集熱支管7、防水透氣膜8、真空集熱管9、cpc支架10、cpc11、集熱管支架12。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種菲涅爾太陽能聚光集熱器，以解決太陽能聚光集熱器聚光效果差、太陽能利用率低等問題。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-圖5，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的左視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的cpc的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。

在一種具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器，包括腔體，腔體內(nèi)設(shè)有集熱管組件和cpc11(復(fù)合拋物面聚光器)，集熱管組件的上方設(shè)有線性菲涅爾透鏡1，集熱管組件的軸線設(shè)于線性菲涅爾透鏡1的焦線處，集熱管組件設(shè)于cpc11內(nèi)以接收cpc11反射的光線。

腔體一般為密閉腔體，以防止腔體內(nèi)進(jìn)入雜物，腔體內(nèi)設(shè)有cpc11，在cpc11內(nèi)設(shè)有集熱管組件，在集熱管組件的上方設(shè)有線性菲涅爾透鏡1，集熱管組件的軸線設(shè)于線性菲涅爾透鏡1的焦線處，二者共線。當(dāng)光線垂直射入線性菲涅爾透鏡1時，直接射入至集熱管組件中，當(dāng)光線偏斜射入時，通過cpc11對光線進(jìn)行反射，以將光線射入至集熱管組件中，可以理解的是，cpc11的設(shè)置需根據(jù)集熱管組件的位置和內(nèi)徑大小進(jìn)行設(shè)置。線性菲涅爾透鏡1的安裝傾角的大小根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥任恢么_定。

cpc11一般采用反射率不低于90％的鍍膜塑料pc(聚碳酸酯)軟鏡壓彎而成。線性菲涅爾透鏡1采用透射率不低于93％的pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成。

應(yīng)用本發(fā)明提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器，光線通過線性菲涅爾透鏡1折射進(jìn)入至cpc11中，經(jīng)cpc11反射進(jìn)集熱管組件中，該裝置通過線性菲涅爾透鏡1和cpc11間的配合，使光線盡量多得反射在真空集熱管9組件上，提高了太陽能的利用效率，實(shí)現(xiàn)高效聚光。

具體的，線性菲涅爾透鏡1設(shè)于腔體的上方，線性菲涅爾透鏡1與腔體滑動連接進(jìn)行線性運(yùn)動以根據(jù)緯度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般的，線性菲涅爾透鏡1可設(shè)于腔體的頂板上，線性菲涅爾透鏡1與墻體滑動連接，當(dāng)太陽隨緯度發(fā)送季節(jié)性變化時，焦線向南北方向偏移，通過滑動連接以調(diào)節(jié)線性菲涅爾透鏡1的位置，使得焦線光線照射在cpc11內(nèi)，通過cpc11反射回真空集熱管9組件上，具體的調(diào)節(jié)時間可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的地理位置、cpc11最大接收角和cpc11的開口大小確定，cpc11的安裝開口方向朝向線性菲涅爾透鏡1所在的滑移平面。

進(jìn)一步地，腔體頂部的兩端設(shè)置滑軌2，線性菲涅爾透鏡1固設(shè)有直線軸承4，直線軸承4與滑軌2配合。腔體頂部的相對應(yīng)的兩端設(shè)置直線滑軌2，一般的，可在腔體頂部的梁上設(shè)置鋁型材支架3，在鋁型材支架3上設(shè)置直線滑軌2，線性菲涅爾透鏡1上設(shè)置直線軸承4，直線軸承4與直線滑軌2相配合，使得線性菲尼爾透鏡能夠在腔體上滑動，以根據(jù)緯度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，也可以通過其他滑動配合方式實(shí)現(xiàn)線性菲涅爾透鏡1在腔體上的滑動，只要能夠達(dá)到相同的技術(shù)效果即可，對具體的實(shí)現(xiàn)方式不作限定。

具體的，腔體為經(jīng)有機(jī)玻璃板5組成的密閉腔體。腔體的四周、頂板和底板均設(shè)置有機(jī)玻璃板5，通過有機(jī)玻璃板5以保證腔體內(nèi)的光線和溫度，使得集熱器的集熱效果更好，當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，也可以設(shè)置其他吸熱性較好的材料，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，集熱管組件經(jīng)設(shè)其兩端的集熱管支架12固定連接于腔體的底板上，集熱管支架12上分別垂直設(shè)有側(cè)反光鏡6。

腔體的底板上設(shè)置集熱管支架12，集熱管組件通過集熱管支架12固定于底板上，一般的，可通過騎馬卡固定，為了對光線更好的進(jìn)行收集，在集熱管支架12上分別設(shè)置側(cè)反光鏡6以對兩側(cè)的光線進(jìn)行反射，側(cè)反光鏡6的高度可根據(jù)腔體的高度自行進(jìn)行設(shè)定，側(cè)反光鏡6的寬度略大于cpc11的開口寬度。

具體的，集熱管組件包括真空集熱管9和設(shè)于其內(nèi)的集熱支管7，真空集熱管9為一側(cè)開口的管體，集熱支管7為u型集熱回路以在真空集熱管9的開口處進(jìn)出。

集熱支管7一般采用鋁制薄片支架安裝于真空集熱管9的腔體內(nèi)，真空集熱管9為單向開口的透明腔體，其中心設(shè)于線性菲涅爾透鏡1的焦線處，集熱支管7為u型集熱回路，通過真空集熱管9的一側(cè)開口進(jìn)出，集熱支管7可拆卸的固定連接于真空集熱管9內(nèi)。

進(jìn)一步地，cpc11設(shè)于腔體的底板上經(jīng)cpc支架10與底板固定連接。由此設(shè)置，可通過支架將cpc11固定于底板上，其設(shè)置位置可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

具體的，真空集熱管9的內(nèi)壁表面設(shè)有選擇性吸收涂層。選擇性涂層可根據(jù)吸收太陽光的原理和涂層的結(jié)構(gòu)不同進(jìn)行選擇，在此不再贅述。

進(jìn)一步地，集熱支管7突出于腔體的側(cè)壁且與其經(jīng)防水透氣膜8連接。防水透氣膜8采用pe(聚乙烯)高分子材料制成。集熱支管7突出有機(jī)玻璃板5，且在有機(jī)玻璃板5的相應(yīng)位置處設(shè)置防水透氣膜8，裝置內(nèi)的水蒸汽能通過防水透氣膜8，而裝置外的雨水不能通過防水透氣膜8進(jìn)入到裝置內(nèi)，從而保證裝置的干燥；裝置采用密閉結(jié)構(gòu)，形成密閉溫室，具有保溫效果，而且具有抗風(fēng)抗雨能力，提高了集熱器的安全性。

基于上述實(shí)施例中提供的菲涅爾太陽能聚光集熱器，本發(fā)明還提供了一種cpc的制造方法，包括：

以真空集熱管9的內(nèi)徑為基圓，基圓的中心為o，以cpc水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸，構(gòu)建直角x-y直角坐標(biāo)系；

根據(jù)公式1)r為基圓半徑，t為參數(shù)，t＝0～2π得到基圓漸開線a；

根據(jù)公式2)θmax為經(jīng)線性菲涅爾透鏡1進(jìn)行模擬測量得到cpc的最大接收角，得到所述基圓漸開線a繞圓心o順時針旋轉(zhuǎn)角度θ；

根據(jù)y軸得到與所述基圓漸開線a對稱的基圓漸開線b，繪制旋轉(zhuǎn)漸開線和拋物面，截取得到所述cpc的反光面曲線。其中，沿令漸開線a末端點(diǎn)為點(diǎn)a，漸開線b末端點(diǎn)為點(diǎn)b，漸開線a與漸開線b相較于點(diǎn)h。作基圓切線ad，使線段ad與基圓相切于點(diǎn)d。作對稱軸ac與cpc對稱軸交于點(diǎn)c，使以ac為對稱軸、a為焦點(diǎn)、c為頂點(diǎn)作拋物線a，且使拋物線a恰好交漸開線b于點(diǎn)b，且與線段ad的延長線交于點(diǎn)f。同理，作基圓切線be，使線段be與基圓相切于點(diǎn)e。作對稱軸bc與cpc對稱軸交于點(diǎn)c，使以bc為對稱軸、b為焦點(diǎn)、c為頂點(diǎn)作拋物線b，且使拋物線b恰好交漸開線a與點(diǎn)a，且與線段be延長線交于點(diǎn)g，截取弧線gahbf即為cpc反光面曲線。

具體的，以廣州地區(qū)為例。廣州位于北緯23°08′，裝置的安裝傾角為23°08′，朝向南方。線性菲涅爾透鏡1和真空集熱管9的參數(shù)如下表1所示：

表1

由表1知真空管玻璃內(nèi)徑d1＝37mm，即cpc基圓半徑r＝18.5mm，代入到公式(1)中，即可得到cpc基圓漸開線的參數(shù)方程：

式中，t為參數(shù)，t＝0～2π。經(jīng)對線性菲涅爾透鏡1進(jìn)行光線模擬及分析測量，透鏡的邊緣光線與cpc對稱軸夾角代入式(2)可得漸開線a繞圓心o順時針旋轉(zhuǎn)角度為：

θ＝π+40°(4)

截取弧線gahbf即為cpc反光面曲線。截取后的cpc最大接收角為80°，開口大小為287.12mm，高度為301.37mm。線性菲涅爾透鏡1滑移周期為兩個月，即兩個月調(diào)節(jié)一次線性菲涅爾透鏡1的位置就可以保證光線落入到cpc中。

在一種實(shí)施例中，該裝置在使用時其長度方向以東西方向布置，線性菲涅爾透鏡1朝向南北，其具體的安裝傾角根據(jù)當(dāng)?shù)氐木暥任恢脹Q定，當(dāng)太陽按照一天變化時，光線通過線性菲涅爾透鏡1形成焦線，焦線向東西方向偏移，偏移出真空集熱管9的一部分光線照射在側(cè)反光鏡6上，通過側(cè)反光鏡6反射回真空集熱管9上；當(dāng)太陽隨緯度發(fā)生季節(jié)性變化時，焦線向南北方向偏移，通過直線滑軌2和直線軸承4，調(diào)節(jié)線性菲涅爾透鏡1的位置，使焦線光線照射在cpc內(nèi)，通過cpc反射回真空集熱管9上。具體的調(diào)節(jié)時間按照當(dāng)?shù)鼐唧w的地理位置、cpc最大接收角及cpc的開口大小決定。

該裝置通過線性菲涅爾透鏡1作為聚光裝置，與普通的玻璃平板集熱器相比，聚光倍率大大增加，在焦線處太陽能輻照強(qiáng)度增加幾倍甚至幾十倍，能實(shí)現(xiàn)太陽能的中高溫利用，且只需要一根真空集熱管9，與普通的平板真空管集熱器相比，減少了集熱器的面積，大大節(jié)約成本。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。