基于抛物线方程和梯度折射率计算方法的太阳能聚光器设计

发布时间：2021-08-02 19:53

　　针对传统导光板型太阳能聚光器中存在的漏光问题,提出了基于抛物线方程和梯度折射率计算方法的太阳能聚光器设计,与匀质材料的聚光系统做了对比分析,获得了较高的光学效率,并对其耦合后的入射角度与聚光模块的抛物线系数及其高度之间的关系进行了研究。为实现接近理想情况下的光线自聚焦现象,研究了光波导板内部折射率的分布情况。在考虑菲涅尔反射损耗和各处材料的吸收损耗等情况下,利用LightTools光学仿真软件对所设计的聚光系统进行光线追迹,结果表明:在光波导板长度为55 mm时,光学聚光比达到22,光学效率为80%,该聚光器系统性能最佳,为小型聚光光伏系统在日常生活中的应用发挥了一定的指导作用。 

【文章来源】：长春理工大学学报(自然科学版). 2020,43(05)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

聚光器结构示意图

此时，在三维空间中得到一个外表面是抛物面的实体，如图2(b）所示。将实体复制并沿着z轴平移1 2a的距离，经过合并剪裁，可以得到一个内外表面都是抛物面的实体结构，如图2(c）所示。再将得到的实体结构切除两侧边缘部分，保留中间的距离为D。以一个球心与抛物面焦点重合的球体结构切除底部，其中球体的半径R需要满足1.2 匀质材料光波导板与梯度折射率材料光波导板的对比

经过位于上方的聚光模块会聚的光线，需要一种耦合结构才能顺利进入光波导板，如图3所示。该耦合结构为简单的半球体，位于光波导板的上表面，利用其对光线的传播方向不发生改变的性质，可以将被聚光模块会聚的光线顺利地导入光波导板中，此设计既可以节约加工的成本，也保证了光线没有任何的角度改变。半球体的半径大小可以设置为0.1 mm，对应于聚焦的光斑大小。对于匀质材料的光波导板，也采用上述的聚光模块和耦合结构作对比说明，如图4所示。大量的光线由光波导板漏出，并且光线在光波导板中发生多次反射，显著地降低了光学效率。如果采用一个相对较短的光波导板，虽然可以缓解效率下降的问题，但是会导致聚光器的几何聚光比降低。因此，在兼顾光学效率和几何聚光比的情况下，匀质材料光波导板聚光器不能完全地发挥其光学性能。

【参考文献】：
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本文编号：3318175