太阳能集光器制造技术

一种太阳能集光器的吸收器和反射器之间的间隙。基于热隔离的原因，在一个太阳能集光器（１０）中需要一个间隙（３９）；为了获得最佳的太阳光接收效率，该接收器（３５）相对于一个反射器（２０）和一个凹槽（３０）的位置被优化。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种在一个主反射器与太阳能接收器之间具有一间隙的太阳能集光器。特别地，本专利技术涉及一种太阳能集光器，其具有相对于主反射器和在该主反射器轮廓上的一个邻近凹槽或空腔优化定位的接收器(收集器)。
技术介绍
设计新一代的非映像(nonimaging)太阳能集光器的需要已重新对所谓的“间隙问题”发生兴趣，即怎样设计接近理想的集光器，其中基于热隔离或机械原因反射器必须在吸收器周围具有一个空间或间隙。这一直有着巨大的实际意义。这个课题可追溯到20年前，然而某些早期的专利技术有相当大的缺陷。现有技术的非映像太阳能集光器典型地要求反射器和吸收器接触。原因是不得不这样做，并且值得重新描述这些原因。这些设计强迫输入和输出广延以匹配反射器的合理使用。论点如下广延(etendue)可以用在反射器的输入和输出端沿最大角度射线(边缘射线)的光学路径长度来表达。输出射线随后入射到吸收器。这种关系是周知的且利用了Hilbert积分，这是一种由变量微积分借用来的概念并适用于光学。广延匹配要求是通过使得在输入和输出末端的极限边缘射线的光路径长度相同来满足的。这是通过输入和输出的镜面反射段(mirror segment)平分该极限边缘射线之间的角度来实现的。一条极限射线反射到另一条极限射线，使得它按相同的光路径返回。通过使路径相同就提高了光路径的质量。这种方法论要求镜面反射段与输入和输出邻接且特别要与吸收器接触。然而，实际应用要求在吸收器和反射器之间有一个间隙。Hilbert积分的观点是插入间隙将导致光通量损失，聚焦度(concentration)损失或两者均有损失。对于太阳能热集中器，需要在热吸收器和反射器之间有一个物理空间或“间隙”以利用真空或空气绝缘所述吸收器，或只为保护反射器不受损坏。这种对间隙的实际需求引发了各种改进设计的尝试，这些尝试以减少或消除通过所述间隙引起的潜在辐射损失并同时保持接近最大聚焦度为目标。一个重要的成果是专利技术了一个低损W形空腔，其间隙(g)为(g+r)＝ r，其中r是圆柱体吸收器的半径。这为低损解决方法的存在提供了证据，但是它放弃了聚焦度。然后，发现了一种微结构，其使吸收器角状体外部的所有辐射改变方向进入吸收器中。这样就得到改进的情形g＝r，其中外部广延恰恰和由接收器所对着的广延匹配。这一局限性的情形是明确的对g＝r，在空腔壁处吸收器对着的角为60度。吸收器对着的广延是2sin30(常数因子)而外部广延是2(1-sin30)(常数因子)。这是相等的。当然，仍要放弃一点聚焦度，因为要求所有辐射位于吸收器角状体外部确定是足够的，但却多于所需。外部广延的某些部分是空的，因为空气中的光线不会照射到此处。不管怎样，这个解决方案是实际的，因为该微结构的所有元素都是相同的。该结构是V形的且按传统映像方法设计。在大间隙限制g＝r中，微凹槽具有120度的开度角。通常所需的实际应用只是单个V形，可以在g≈0.27时完美地工作，并且即使间隙更大时也可以很好地工作。然而，要求光损失为零是非常受限制的，因为其导致很大的聚焦度损失。各种设计有选择地允许在保持最大聚焦度的同时接受光损失，以损失聚焦度为代价消除光损失，或在两种极限情形之间找到平衡点。甚至有可能设计一种比物理吸收器更大的虚拟吸收器，由此产生甚至多于理想状态的聚焦度。当然这是以损失光通量为代价的，因为辐射通过该间隙逸散。由于其示意性外形，这种设计被称为“冰淇淋蛋筒”设计。所需要的是一种方法，用来优化光损失与聚焦度之间的折衷。这种折衷还要考虑经济和制造因素。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目的在于提供一种改进的太阳能集光器设计。本专利技术的另一目的在于提供一种新颖的太阳能集光器间隙设计。本专利技术的再一目的在于提供一种改进的太阳能集光器，其在一个主反射器、双V形-凹槽部分与一个太阳能接收器之间具有特殊的空间关系。本专利技术的又一目的在于提供一种新颖的太阳能集光器，其具有一个接收器的真实空间位置，该空间位置通过基于一个虚拟接收器表面的切线而形成的一个镜像来定义，该切线是通过连接两点(在二维构造中)以形成主反射器的末端点和V形凹槽的起点来定义的。本专利技术的再一目的在于提供一种改进的具有一个接收器的位置的太阳能集光器，该位置是通过一个虚拟接收器跨过V形凹槽的一个边(或三维空间中的平面)及该虚拟接收器的切线的镜像来定义的。本专利技术的其它目的和优点通过附图和本说明书的说明将更加清楚。附图说明附图示出了在一个二维坐标中一个虚拟接收器相对于一个实际太阳能接收器的位置的截面图。具体实施例方式依据本专利技术的一个具有间隙的太阳能集光器大致如附图中的附图标记10所示。该太阳能集光器10仅示出一个二维横截面，但是应理解它也可扩展到三维坐标以便实际应用。该太阳能集光器10包括一个主反射器20，在最佳实施例中该主反射器20包含一个定制的表面轮廓以便优化聚光效率。例如，参见USPN5,586,013，在此引入该文以作为为达到要求目的而定制的反射器的参考。与主反射器20相耦合的是一V形凹槽30，其具有一个按如前所述最好是定制的特征表面轮廓。另外，该V形凹槽30本身也可以定制以优化其光处理效率，从而有益于太阳能集光器10。如前所述，为了进一步优化工作效率，仔细地将光接收器35相对于间隙38放置是很有用的。特别地，在附图所示的二维横截面中，该光接收器35的位置是通过形成一条由点50和点60定义的切线40来确定的，该点50和60是由于主反射器20与V形凹槽30的表面曲率之间的不连续性而出现的。在三维情形中，在两条直线之间形成一个平面，这两条直线是通过主反射器20与V形凹槽30之间的表面轮廓不连续性而建立的。为了便于解释，我们将以附图的二维结构为例，可以理解，在商业应用中这是可以扩展为三维系统的。在附图的二维几何形状的实例中，在光接收器35的虚像90上建立了一个切点80。由此产生的虚像90通过V形凹槽30的任一平面100或102的表面轮廓被反射。因此，接收器30也就沿镜像线110相同地排列(线110的左右区域是相等的)。接收器35，主反射器20以及V形凹槽30的合成配置通过操作实现了效率优化并同时保持了在太阳能集光器10中必要的间隙。本专利技术更多的优点和特征可参考后面的权利要求书了解到。虽然介绍了最优实施例，本领域技术人员就可以清楚地了解在不背离本专利技术的精神和范围的条件下可以有其他变化和调整。权利要求1.一种太阳能集光器，包括一个具有表面轮廓的主反射器；一个V形凹槽部分，其通过形成于所述主反射器表面轮廓与所述V形凹槽部分之间的第一直线和第二直线与所述主反射器相耦接；和在跨过一平面的镜像位置处设置的一个接收器，该平面相对于在此有切线的接收器虚像定义所述V形凹槽部分，该切线是由一个包含所述第一直线和第二直线的平面定义的；2.如权利要求1所述的太阳能集光器，其中接收器虚像包括所述V形凹槽部分任一边的一个映像。3.如权利要求2所述的太阳能集光器，其中所述接收器相对于所述V形凹槽部分对称设置。4.如权利要求1所述的太阳能集光器，其中所述主反射器包括一个定制的非映像表面轮廓。5.如权利要求1所述的太阳能集光器，其中所述V形凹槽部分包括一个定制的非映像表面轮廓。全文摘要一种太阳能集光器的吸收器和反射器之间的间隙。基于热隔离的原因，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能集光器，包括： 一个具有表面轮廓的主反射器； 一个Ｖ形凹槽部分，其通过形成于所述主反射器表面轮廓与所述Ｖ形凹槽部分之间的第一直线和第二直线与所述主反射器相耦接；和 在跨过一平面的镜像位置处设置的一个接收器，该平面相对于在此有切线的接收器虚像定义所述Ｖ形凹槽部分，该切线是由一个包含所述第一直线和第二直线的平面定义的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洛兰德温斯顿，
申请(专利权)人：太阳企业国际有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]