光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件的製作方法
2023-05-04 20:56:56
專利名稱：光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能聚光元件，特別是一種光學玻璃熱壓成型高次非球 面太陽能聚光元件，可應用於太陽能照明、發電、光伏系統，並可擴展到各領 域的紅外光電接收系統及新型半導體照明光源應用系統。
背景技術：
太陽能是無汙染、取之不盡、用之不竭的能源。為了降低光伏發電成本，提 高太陽能電池的轉換效率，如何在單位面積內使太陽能電池發揮最大的發電量， 提高光伏發電的功率，就成為發展太陽能工業的一大研究重點。研發超高倍率 太陽能聚光組件，提高入射到太陽能電池單位面積上的太陽輻射能流密度，提 高太陽能電池的轉換效率，用最小的太陽能電池面積獲取儘可能多的電能，使 太陽能光伏發電具有跟常規能源競爭的能力，則是目前太陽能工業亟待解決的 問題。目前，太陽能聚光組件通常採用卡塞格林系統(拋物面主鏡、雙曲面次鏡 和導光稜鏡)，但該產品在實踐推廣應用中，由於卡塞格林系統是折反射系統, 由拋物面主鏡、雙曲面次鏡和導光稜鏡三個光學器件構成，光學結構很長，加工工藝複雜，需要採用一系列工序，毛坯加工，粗加工，粗磨，精磨、拋光； 定中、磨邊。致使曲面加工難度大、製造困難、費用高，不適合成批生產；調 試麻煩、產品質量不穩定，壽命短。 發明內容本發明要解決的技術問題是針對上述存在的問題提供一種結構簡單、性 能可靠、對中精度高、加工工藝簡單、成本低、壽命長的光學玻璃熱壓成型高 次非球面太陽能聚光元件，能夠提高太陽光的光能密度，大大降低光伏發電的 成本。本發明所採用的技術方案是光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元 件，其特徵在於它由高次非球面主鏡、高次非球面次鏡和導光稜鏡熱壓一體 成型，其中高次非球面鏡的設計公式為formula see original document page 4c為基準球面曲率，ai、 a2、 a3、 a4、 015為非球面係數，k為二次曲線係數。所述高次非球面主鏡和高次非球面次鏡表面鍍有可反射紅外波段和可見光波段太陽光的膜。所述高次非球面主鏡、高次非球面次鏡和導光稜鏡均為圓形。所述高次非球面主鏡、高次非球面次鏡和導光稜鏡均為方形。圓形高次非球面主鏡的直徑為30-120mm，導光稜鏡的直徑為1.5-10mm。方形高次非球面主鏡的邊長為30-120mm，導光稜鏡的邊長為1.5-10mm。所述可反射紅外波段和可見光波段太陽光的膜的波長範圍為350-1800 nm。 本發明的有益效果是1)本發明用一個太陽能聚光器件就完成了原來必須由三個光學器件(由拋物面主鏡、雙曲面次鏡和導光稜鏡組成的卡塞格林系統)來完成的整個功能，因此本聚光元件結構簡單、性能可靠、將太陽光的光能密度提高了 400-800倍；2)本發明採用玻璃熱壓一次成型工藝，將多個光學元件(由高次非球面主鏡、高次非球面次鏡、導光稜鏡組成卡塞格林系統) 一次熱壓成型，不僅省時省料，還省去了定中、裝配、調校等多道工序，提高了對中精度和產品的性價比；3)對高次非球面主鏡和次鏡表面進行的全光譜範圍鍍膜處理，可反射紅外波段和可見光波段的太陽光，擴大了太陽光的接收譜段範圍，提高了聚光效率。
圖l是實施例l的主剖視圖。 圖2是實施例1的側視圖。 圖3是實施例1的光路圖。圖4是實施例2的主剖視圖。圖5是實施例2的側視圖。
具體實施方式
實施例l:如圖1所示，本實施例由高次非球面主鏡l、高次非球面次鏡2 和導光稜鏡3熱壓一體成型，其中高次非球面鏡的設計公式為formula see original document page 5式中，Z為入射光線在非球面透鏡上的高度，l"為非球面頂點的曲率半徑， c為基準球面曲率，ai、 a2、 a3、 a4、 015為非球面係數，k為二次曲線係數。所述高次非球面主鏡1和高次非球面次鏡2表面經鍍膜處理，膜的波長在 350-1800nm範圍內選擇，鍍膜(鍍銀及保護膜)可反射紅外波段和可見光波段 的太陽光，從而擴大了接收太陽光的譜段範圍，提高了聚光效率。如圖2所示，本例中，高次非球面主鏡l、高次非球面次鏡2和導光稜鏡3均為圓形，其中高次非球面主鏡1的直徑為60mm，導光稜鏡3的直徑為3mm。 高次非球面主鏡1的光接收面積與導光稜鏡3的光接收面積(一般情況下，為 了提高光電池的利用率，導光稜鏡3的光接收面積等於光電池的光接收面積) 之比為該聚光元件的太陽能聚光比，因此本例中太陽能聚光比為400。如圖3所示，光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件的會聚原理是 太陽光由聚光元件平面入射，進入高次非球面主鏡1反射後進入高次非球面次 鏡2，由其反射後經導光稜鏡3會聚在焦面處，實際使用時，通常在焦面處設 置太陽能聚光電池，以接收會聚後的太陽光，並將其轉換為電能。實施例2:如圖4、圖5所示，本實施例與實施例1基本一致，其區別僅僅 在於高次非球面主鏡l、高次非球面次鏡2和導光稜鏡3均為方形，其中高 次非球面主鏡1的邊長為60mm，導光稜鏡3的邊長為3mm。因太陽能聚光電 池形狀為方形，將高次非球面主鏡l、高次非球面次鏡2和導光稜鏡3均制為 方形，以便和太陽能光電池的方形相吻合，可充分利用太陽能聚光電池的面積。
權利要求
1、一種光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件，其特徵在於它由高次非球面主鏡(1)、高次非球面次鏡(2)和導光稜鏡(3)熱壓一體成型，其中高次非球面鏡的設計公式為<![CDATA[ Z= cr2 1+ 1 - (1+k) c2 r2 + a 1 r 2+ a 2 r 4+ a 3 r 6+ a 4 r 8+ a 5 r 10+ ]]>式中，Z為入射光線在非球面透鏡上的高度，r為非球面頂點的曲率半徑，c為基準球面曲率，α1、α2、α3、α4、α5為非球面係數，k為二次曲線係數。
2、 根據權利要求1所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件， 其特徵在於所述高次非球面主鏡(1)和高次非球面次鏡(2)表面鍍有可反 射紅外波段和可見光波段太陽光的膜。
3、 根據權利要求1或2所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元 件，其特徵在於所述高次非球面主鏡(1)、高次非球面次鏡(2)和導光稜鏡(3)均為圓形。
4、 根據權利要求1或2所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元 件，其特徵在於所述高次非球面主鏡(1)、高次非球面次鏡(2)和導光稜鏡(3)均為方形。
5、 根據權利要求3所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件， 其特徵在於所述高次非球面主鏡(1)的直徑為30-120mm，導光稜鏡(3)的 邊長1.5-10mm。
6、 根據權利要求4所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件， 其特徵在於所述高次非球面主鏡(1)的邊長為30-120mm，導光稜鏡(3)的 邊長為1.5-10mm。
7、 根據權利要求3所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件， 其特徵在於所述可反射紅外波段和可見光波段太陽光的鍍膜波長範圍為 350-1800 nm。
8、 根據權利要求4所述的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件，其特徵在於所述可反射紅外波段和可見光波段太陽光的鍍膜波長範圍為 350-1800 nm。
全文摘要
本發明涉及光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件。所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、性能可靠、對中精度高、加工工藝簡單、成本低、壽命長的光學玻璃熱壓成型高次非球面太陽能聚光元件，能夠提高太陽光的光能密度，大大降低光伏發電的成本。解決該問題的技術方案是聚光元件，其特徵在於它由高次非球面主鏡、高次非球面次鏡和導光稜鏡熱壓一體成型，其中高次非球面鏡的設計公式為上式，式中，Z為入射光線在非球面透鏡上的高度，r為非球面頂點的曲率半徑，c為基準球面曲率，α1、α2、α3、α4、α5為非球面係數，k為二次曲線係數。本發明可用於太陽能照明、發電、光伏系統。
文檔編號G02B13/18GK101329442SQ20081006379
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月31日 優先權日2008年7月31日
發明者姚祖義, 平 張 申請人:杭州永瑩光電有限公司