菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器的设计与研究

发布时间：2020-06-26 00:02

【摘要】：一直以来,光伏系统都因为成本太高而难以在实际应用中大规模推广,而光伏系统中的太阳电池造价昂贵是光伏发电成本居高不下的主要原因。因此,聚光光伏系统因其有望降低高昂的发电成本而在众多光伏系统中脱颖而出。聚光光伏系统中聚光器的聚光性能好坏,是决定系统能否在保持输出功率的同时降低发电成本的关键。因此,对聚光器的设计和研究就成了当务之急。 本文根据基本光学原理,结合聚光器设计常用方法,研究了菲涅尔透镜的设计方法,推导出了菲涅尔透镜齿面倾斜角的计算公式,并根据推导出的公式设计出了菲涅尔透镜。并且,利用光学软件对所设计的菲涅尔透镜进行了光线追迹,分析了处在不同位置的接收面上的光辐照强度及分布情况。同时,根据复合抛物面聚光器的形成原理研究了复合抛物面聚光器的设计方法,推导出了设计复合抛物面聚光器主要参数的计算公式,并根据推导出的公式设计了一个复合抛物面聚光器。利用光学软件对设计的复合抛物面聚光器进行了光线追迹,分析了在不同入射角下接收面上的光辐照强度及分布情况。 根据前面研究获得的菲涅尔透镜和复合抛物面聚光器的聚光性能,使用两者相结合而形成一个二级聚光器,用以增大聚光器的接收角、提高聚光倍数以及优化聚光均匀度。对所设计的二级聚光器的研究表明,虽然使用菲涅尔透镜-复合抛物面聚光器的组合可以有效地增大聚光器的接收角,但是却无法达到优化聚光均匀度的目的。因此对二级聚光器的聚光光路进行了分析,找出了导致聚光均匀度差的原因,提出了在复合抛物面聚光器内添加一个反向放置的菲涅尔透镜来均匀分布光线的改进方法。分析后发现,改进后的二级聚光器在保持大的接收角的同时,可以使聚光均匀度达到一个可以接受的程度。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK513.1
【图文】：

第二章聚光相关理论种相反光线先经透镜折射后再由反射面反射到接收面上;全反射式聚光)，等等〔5‘，。聚光器的聚光倍数聚光倍数是聚光器的一个非常重要的参数，因为我们设计聚光器的目的就聚集太阳光，提高接收面的光辐照度。简单来讲，聚光器的聚光倍数是指入射面面积与接收面面积的比值，也称聚光比，用C来表示。

tafl“=r，n丫:己+f汉一f·(3一16)3.4菲涅尔透镜的设计算例透镜设计参数如下:焦距f’=150mm，通光孔径(透镜半径)R=67mm齿距b=lmm，透镜材料使用尸工从工理，其折射率n=1.49先计算出透镜上每一小斜面中心点到透镜轴线的距离厂’根据以上设计参数，首由于是等齿距菲涅尔透镜，厂’应该是一个等差数列，这里设计为52个齿，透镜中心小曲面半径定为15mm，则r’，=15.5mm，r’52=66·smm，r’。+1一r’。=lmm.这样根据公式(3一16)编制计算程序，计算出个各齿小斜面倾角tana，由于齿距b=lmm，则每一个齿的高度Zh=tana.列出计算结果并绘制数据曲线图:小斜面倾角计算数据(单位mm)-

【引证文献】

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1 李林;LED照明光学系统的研究与设计[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2012年

本文编号：2729521