一種線聚光透鏡的製作方法
2023-05-21 11:28:01
專利名稱：一種線聚光透鏡的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能利用技術領域，特別涉及一種在聚光光伏技術中用於將太陽光匯聚並投射到電池接收板上的線型聚光透鏡。
背景技術：
太陽能具有清潔、無資源地域限制、對人類來說永無枯竭等優良特性，越來越受到人們的青睞，其中太陽能光伏利用即太陽光通過光伏器件直接轉換成電能的技術尤其引人注目。但由於光伏系統中的光伏電池價格昂貴，致使現 階段光伏發電的發電成本較常規發電成本高出數倍，因此光伏技術還沒有迎來大規模應用的時代。在目前的情況下，降低光伏發電成本的有效途徑之一就是聚光應用，即將太陽光匯聚起來，再投射到光伏電池上，以較少的太陽電池發出與聚光器入射面積相當的電量，有效提高光伏電池的利用效率。採用聚光的方法，用比較便宜的聚光器來部分代替昂貴的光伏電池，很大程度上降低了光伏發電的成本。目前絕大多數CPV採用點聚光技術，所使用的聚光透鏡為菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡的基本工作原理為假設一個透鏡的折射能量僅僅發生在光學表面(如透鏡表面)，拿掉儘可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。儘管目前菲涅爾透鏡已在CPV技術中大量運用，但還是面臨幾個主要問題(I)由於透鏡的同心圓結構，加上在生產工藝中的某些技術因素(如拔模斜度)的影響，從而使得入射光的能量損失較大，一般菲涅爾透鏡的光學透射小於80% ；(2)菲涅爾透鏡只運用在中高倍CPV技術中，因此對太陽跟蹤器的跟蹤精度有較高要求，從而增加了跟蹤系統的成本；(3)目前，菲涅爾透鏡的價格仍然相對較高，還不能非常有效地降低光伏發電成本。運用在CPV技術中還有其他一些點聚光的球面或非球面的聚光透鏡，儘管同菲涅爾透鏡相比其光線透過率較高，但由於所用光學材料數量較大或生產加工工藝較為複雜，使得在成本上也很難進行有效控制，所以這類聚光透鏡的使用量也較為局限。
發明內容
本發明的發明目的在於針對上述存在的問題，提供一種能夠將太陽光匯聚並均勻分布在電池接收板上的線聚光透鏡。本發明的技術方案是這樣實現的一種線聚光透鏡，所述透鏡上端面為透鏡聚光折射面，其下端面為平整面，其特徵在於所述透鏡橫向延伸呈長條狀，所述透鏡能夠將相互平行的入射光線折射到設置於透鏡下方的電池接收板上從而形成線型聚光光線，若其中任意一條入射光線和所述透鏡聚光折射面的接觸點與該透鏡垂直中軸之間的垂直距離為X，該入射光線經透鏡折射到所述電池接收板上後形成的投影點與所述線型聚光光線長度方向中心線的垂直距離為m，所述透鏡聚光折射面邊緣到垂直中軸的垂直距離為a，經所述透鏡聚光折射面邊緣折射的入射光線在電池接收板上的投影點與所述線型聚光光線長度方向中心線的垂直距離為b，則該透鏡滿足的條件為x/m=a/b，其中，所述該入射光線的入射點與透鏡聚光折射面兩側邊緣構成的垂直面與所述線型聚光光線長度方向中心線垂直，該垂直面上部為透鏡聚光折射面的輪廓形狀，所述入射光線經過透鏡聚光折射面時的入射角為β，折射角為0，該入射光線經折射後的光線與電池接收板的夾角為α，所述透鏡聚光折射面邊緣與電池接收板的垂直距離為h，在該垂直面中，由垂直中軸以及透鏡聚光折射面兩側邊緣連線構成平面坐標系，以透鏡聚光折射面兩側邊緣連線中點為坐標原點，該垂直面上部的透鏡聚光折射面的輪廓形狀在所述平面坐標系中的曲線方程，由以下公式得出公式1:x/m=a/b, x=a_N* A x,其中Δ χ是一個在X軸方向上很小的距離，N示這個小間距的個數；
權利要求
1.一種線聚光透鏡，所述透鏡上端面為透鏡聚光折射面，其下端面為平整面，其特徵在於所述透鏡橫向延伸呈長條狀，所述透鏡能夠將相互平行的入射光線折射到設置於透鏡下方的電池接收板上從而形成線型聚光光線，若其中任意一條入射光線(I)和所述透鏡聚光折射面的接觸點與該透鏡垂直中軸(2)之間的垂直距離為X，該入射光線(I)經透鏡折射到所述電池接收板上後形成的投影點與所述線型聚光光線長度方向中心線的垂直距離為 m，所述透鏡聚光折射面邊緣到垂直中軸(2)的垂直距離為a，經所述透鏡聚光折射面邊緣折射的入射光線在電池接收板上的投影點與所述線型聚光光線長度方向中心線的垂直距離為b，則該透鏡滿足的條件為x/m=a/b，其中，所述該入射光線(I)的入射點與透鏡聚光折射面兩側邊緣構成的垂直面與所述線型聚光光線長度方向中心線垂直，該垂直面上部為透鏡聚光折射面的輪廓形狀，所述入射光線(I)經過透鏡聚光折射面時的入射角為β，折射角為該入射光線(I)經折射後的光線與電池接收板的夾角為α，所述透鏡聚光折射面邊緣與電池接收板的垂直距離為h，在該垂直面中，由垂直中軸(2)以及透鏡聚光折射面兩側邊緣連線構成平面坐標系，以透鏡聚光折射面兩側邊緣連線中點為坐標原點，該垂直面上部的透鏡聚光折射面的輪廓形狀在所述平面坐標系中的曲線方程，由以下公式得出公式1:x/m=a/b, x=a_N* A x,其中A x是一個在X軸方向上很小的距離，N示這個小間距的個數；公式 2 Iyn=Yn-!+ Δ x*tan β ；公式 3 tan α = Ch+yn) / (a_m), m=b_N* Δ x*b/a ；公式4 sin β =n*sin ,其中係數n為透鏡折射率；公式 5:α-β+β = ;η/2,即 β = (α+β)-π/2；公式 6 sin^=n*sin[ ( α+β ) - τι / 2 ] = η * [-cos ( α + β ) ]=η* (sin α 氺sin β —cos α 氺cos β )；公式 7 :tan β =η 氺 cos α / (n 氺 sin α—I);其中，a、b、h、n、Δ χ為已知,且yfO,變量x為所述透鏡聚光折射面上任意一點與該垂直面上垂直中軸之間的橫向距離，變量y為該點與透鏡聚光折射面兩側邊緣所在的平面之間的縱向距離。
2.根據權利要求1所述的線聚光透鏡，其特徵在於所述透鏡聚光折射面在垂直面上的輪廓形狀為具有多邊形的結構，隨著A χ取值變小，透鏡聚光折射面的多邊形邊數越多， 直至構成圓滑的線型弧形聚光曲面，其中，Δ χ應滿足的條件為a/ A x=M，M為任意一個整數，2000 < a Δ ^ < 10000。
3.根據權利要求2所述的線聚光透鏡，其特徵在於所述透鏡聚光折射面邊緣到垂直中軸(2)的垂直距離a以及經所述透鏡聚光折射面邊緣折射的入射光線在電池接收板上的投影點與所述線型聚光光線長度方向中心線的垂直距離b，其滿足以下條件1 < a/ b ( 10。
4.根據權利要求3所述的線聚光透鏡，其特徵在於所述透鏡聚光折射面邊緣到透鏡下端平整面的垂直距離為h，所述透鏡下端面與電池接收板上端面對應連接。
5.根據權利要求4所述的線聚光透鏡，其特徵在於所述透鏡沿垂直中軸(2)對稱或不對稱。
全文摘要
本發明公開了一種線聚光透鏡，所述透鏡上端面為透鏡聚光折射面，其下端面為平整面，其所述透鏡橫向延伸呈長條狀，所述透鏡能夠將相互平行的入射光線折射到設置於透鏡下方的電池接收板上從而形成線型聚光光線。本發明只有一個反射截面，理論透過率可達到94%以上,相對於菲涅爾透鏡的聚光光伏組件，其能夠使更多的光線被太陽能電池吸收；而且通過本發明匯聚的光斑能夠均勻的分布在太陽能電池上，相對於一般的聚光器，光斑更均勻，能夠有效降低了電池內部產生的橫向電流，從而提高光電轉換效率；本發明還減少了電池光伏組件中對於光伏電池的用量，降低了成本。
文檔編號G02B3/00GK103022205SQ201210534148
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者黃忠 申請人:成都鍾順科技發展有限公司