一種組合式太陽能聚光鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能光熱設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種組合式太陽能聚光鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能清潔無污染、儲量巨大、可持續(xù)利用，是一種重要的可再生能源。但同時，由于太陽能存在能流密度低、間歇性以及空間分布不均等缺點，提高太陽能利用率，降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)成分仍是目前太陽能應(yīng)用中面臨的主要問題。
[0003]太陽能聚光器是一種將太陽能通過透鏡或其他方式聚集起來增加能流密度以提高利用效率的技術(shù)。它配合太陽跟蹤技術(shù)以及高效的光熱、光電、光化等能量轉(zhuǎn)化技術(shù)為高倍聚焦發(fā)電提供了可能，這種綜合系統(tǒng)大大節(jié)約了太陽能使用的成本，提高了太陽能的利用率。太陽能聚光器按聚光方式可分為透射式聚光和反射式聚光，這兩種聚光器在各自的領(lǐng)域有著不同應(yīng)用，目前應(yīng)用于高倍聚焦太陽能發(fā)電的一般為透射式聚光器，在透射式聚光器中又以菲涅爾聚光器應(yīng)用最為廣泛。
[0004]對菲涅爾透鏡的理論分析表明，線聚焦比點聚焦有較高的光學(xué)效率，且線聚焦透鏡允許縱向有較大的接收角。相對于同尺寸的平板型線聚焦菲涅爾透鏡，柱面線聚焦菲涅爾透鏡可有效地降低邊緣部分的光學(xué)損失，在一定的設(shè)計偏差角內(nèi)柱面透鏡對橫向偏差角并不敏感。但是柱面菲涅爾透鏡，特別是大口徑的柱面菲涅爾透鏡加工精度要求高，材料成本相對昂貴，操作及維護存在困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種組合式太陽能聚光鏡。
[0006]為實現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明的方案是:菲涅爾透鏡的光學(xué)作用類似于凸透鏡，在大口徑的條件下，離軸較遠(yuǎn)的邊角容易出現(xiàn)強烈的色散和二次反射損失，這對聚光條件要求較高的太陽能聚光器來說十分不利，本發(fā)明引入兩側(cè)鏡片傾斜角，在小角度前提下形成非垂直入射，相較于傳統(tǒng)透射式太陽能聚光鏡，在離軸較遠(yuǎn)部分的聚光效率可提高10%。該發(fā)明具有設(shè)計簡單，透鏡齒楞面二次反射及色散損耗小，聚光比大，集熱效率高等優(yōu)點。
[0007]一種組合式太陽能聚光鏡，它包括三片法向不同的菲涅爾透鏡組合而成，一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，包括垂直入射的菲涅爾透鏡A(1)，位于所述菲涅爾透鏡A(l)兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B(2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3);所述位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B (2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C (3)以水平中心線(4)為對稱軸上下對稱，且與所述菲涅爾透鏡A(1)有小幅度傾斜，傾斜角度Θ ^45° ;所述菲涅爾透鏡A(l)、菲涅爾透鏡B(2)和菲涅爾透鏡C(3)三者鏡面的一面為光滑面，另一面為帶齒愣，所述齒愣均等寬；太陽光入射面為鏡片的平滑面。
[0008]進一步，所述垂直入射的菲涅爾透鏡A(l)，位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B(2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3)的鏡片材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、PC板或玻璃。
[0009]進一步，所述菲涅爾透鏡A(l)、菲涅爾透鏡B(2)和菲涅爾透鏡C(3)三者的齒愣寬度均為0.85 ±0.5mm，厚度均為3±lmm ;所述菲涅爾透鏡A (1)、菲涅爾透鏡B (2)和菲涅爾透鏡C(3)三者整體口徑為6m，所述菲涅爾透鏡A(l)的口徑為3±0.5m。
[0010]與現(xiàn)有的太陽能聚光鏡相比，具有以下有益效果:
[0011]1、一般的太陽能聚光器采用傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡，這種透鏡光學(xué)效果與凸透鏡相同，在遠(yuǎn)離主軸的部分容易出現(xiàn)色散和齒楞面的二次反射，這些損耗大大降低了太陽能的利用率，特別對于有匯聚溫度要求的光熱太陽能系統(tǒng)，極有可能因為匯聚溫度不夠而無法工作。該發(fā)明引入了兩側(cè)鏡片的傾斜角度，在一定程度上減小了色散和齒楞面的二次反射損耗。由于小角度傾斜的引入，遠(yuǎn)端鏡片齒楞的齒深較相同尺寸的傳統(tǒng)菲涅爾透鏡要小，這一改變同時降低了加工的工藝難度。
[0012]2、菲涅爾透鏡的光學(xué)作用類似于凸透鏡，在大口徑的條件下，離軸較遠(yuǎn)的邊角容易出現(xiàn)強烈的色散和二次反射損失，這對聚光條件要求較高的太陽能聚光器來說十分不利。本發(fā)明引入兩側(cè)鏡片傾斜角，在小角度前提下形成非垂直入射，相較于傳統(tǒng)透射式太陽能聚光鏡，在離軸較遠(yuǎn)部分的聚光效率可提高10%。該發(fā)明具有設(shè)計簡單，透鏡齒楞面二次反射及色散損耗小，聚光比大，集熱效率高的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是菲涅爾透鏡A的截面圖；
[0015]圖3是菲涅爾透鏡B的截面圖；
[0016]圖4是組合式太陽能聚光鏡和傳統(tǒng)平板式聚光鏡的光學(xué)效率對比圖。
[0017]圖中:1-菲涅爾透鏡A，2-菲涅爾透鏡B，3-菲涅爾透鏡C。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，一種組合式太陽能聚光鏡，它包括三片法向不同的菲涅爾透鏡組合而成，一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，包括垂直入射的菲涅爾透鏡A1，位于所述菲涅爾透鏡A1兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B2和非垂直入射的菲涅爾透鏡C3 ;所述位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B2和非垂直入射的菲涅爾透鏡C3以水平中心線4為對稱軸上下對稱，且與所述菲涅爾透鏡A1有小幅度傾斜，傾斜角度Θ ^45° ;所述菲涅爾透鏡A1、菲涅爾透鏡B2和菲涅爾透鏡C3三者鏡面的一面為光滑面，另一面為帶齒愣，所述齒愣均等寬；太陽光入射面為鏡片的平滑面。
[0019]進一步，所述垂直入射的菲涅爾透鏡A1，位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B2和非垂直入射的菲涅爾透鏡C3的鏡片材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、PC板或玻璃。
[0020]進一步，所述菲涅爾透鏡A1、菲涅爾透鏡B2和菲涅爾透鏡C3三者的齒愣寬度均為
0.85 ±0.5mm，厚度均為3±lmm ;所述菲涅爾透鏡A1、菲涅爾透鏡B2和菲涅爾透鏡C3三者整體口徑為6m，所述菲涅爾透鏡A1的口徑為3±0.5m。
[0021]優(yōu)選的，所述菲涅爾透鏡A(l)的尺寸為3100mm x 960mm，所述菲涅爾透鏡B(2)的投影尺寸為1450mm x 960mm，所述菲涅爾透鏡B (2)的焦點與所述菲涅爾透鏡A (1)的焦點重合；所述菲涅爾透鏡C (3)的投影尺寸為1450mm x960mm，傾斜角度Θ < 45°，所述菲涅爾透鏡C(3)的焦點與所述菲涅爾透鏡A(l)的焦點重合。
[0022]具體的，如圖2所示，對于PMMA的典型折射率菲1.49，菲涅爾透鏡A1厚度D =3mm，齒楞寬度d = 0.85mm，齒楞高度由公式1得出其中i為齒楞序數(shù)。如圖3所示，菲涅爾透鏡B2的傾斜角度為Θ，厚度D = 3mm，齒楞寬度為0.85mm。以Θ = 20°為例，菲涅爾透鏡B2的齒楞角度參數(shù)由公式2、公式3和公式4聯(lián)立得出。
[0023]公式1:h = 0.85X (0.425+0.85X (i_l) / (1.49X ((0.425+0.85X (i_l)) '2+5000'2)'0.5-5000)；
[0024]公式2:Φ =90。-acr sin (sin Θ /1.49)；
[0025]公式3:9丨=20。+arc tan (0.394-sinU J / (cosU1-2.094)；
[0026]公式4:1^=arc tan(1549.6+0.799 x i)/(5000.145-0.289 x i)，其中 i 為齒楞序數(shù)。如圖4所示，在離中軸較遠(yuǎn)的部分，特別是引入傾角的鏡片部分，本發(fā)明所述的組合式太陽能聚光鏡較之傳統(tǒng)的平板式聚光鏡，具有較高的光學(xué)效率。
[0027]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，包括垂直入射的菲涅爾透鏡A(l)，位于所述菲涅爾透鏡A(l)兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B(2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3);所述位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B (2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3)以水平中心線(4)為對稱軸上下對稱，且與所述菲涅爾透鏡A(l)有小幅度傾斜，傾斜角度Θ <45° ;所述菲涅爾透鏡A(1)、菲涅爾透鏡B (2)和菲涅爾透鏡C(3)三者的鏡面的一面為光滑面，另一面為帶齒愣，所述齒愣均等寬；太陽光入射面為平滑面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，所述垂直入射的菲涅爾透鏡A (1)，位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B (2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3)三者的鏡片材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、PC板或玻璃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，所述菲涅爾透鏡A(l)、菲涅爾透鏡B(2)和菲涅爾透鏡C(3)三者的齒愣寬度均為0.85±0.5mm，厚度均為3±lmm;所述菲涅爾透鏡A(l)、菲涅爾透鏡B(2)和菲涅爾透鏡C(3)的整體口徑為6m，其中所述菲涅爾透鏡A(l)的口徑為3±0.5m。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，所述菲涅爾透鏡A(l)的尺寸為3100mmx960mm，所述菲涅爾透鏡B(2)的投影尺寸為1450mmx960mm，所述菲涅爾透鏡B(2)的焦點與所述菲涅爾透鏡A(l)的焦點重合；所述菲涅爾透鏡C(3)的投影尺寸為1450_x960mm，所述菲涅爾透鏡C(3)的焦點與所述菲涅爾透鏡A (1)的焦點重合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽能光熱設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種組合式太陽能聚光鏡，其特征在于，包括垂直入射的菲涅爾透鏡A(1)，位于所述菲涅爾透鏡A(1)兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B(2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3)；所述位于兩側(cè)的非垂直入射的菲涅爾透鏡B(2)和非垂直入射的菲涅爾透鏡C(3)以水平中心線(4)為對稱軸上下對稱，且與所述菲涅爾透鏡A(1)有小幅度傾斜，傾斜角度θ≤45°；所述菲涅爾透鏡A(1)、菲涅爾透鏡B(2)和菲涅爾透鏡C(3)三者的鏡面的一面為光滑面，另一面為帶齒愣。該發(fā)明引入了兩側(cè)鏡片的傾斜角度，在一定程度上減小了色散和齒楞面的二次反射損耗；同時降低了加工的工藝難度。
【IPC分類】F24J2/08, G02B19/00
【公開號】CN105403987
【申請?zhí)枴緾N201510961701
【發(fā)明人】晏強
【申請人】九格能源科技（天津）有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月21日