高匀光性菲涅尔聚光光学系统的设计
发布时间：2021-02-05 22:53
太阳能是21世纪最有潜力的能源，作为一种最有效利用太阳能的技术，太阳能聚光型光伏系统成为全世界各国研究的热点。目前聚光型光伏系统还存在很多问题，比如聚光光斑强度分布不均匀，在太阳能电池表面形成热斑效应；接收角偏小，不能与跟踪器精确匹配；这些问题都将导致光伏系统的光电转换效率降低。为提高聚光型光伏系统的光斑均匀度和增大接收太阳光的角度，本文设计了一种聚光光学系统，由主聚光器—环面焦斑菲涅尔聚光器和二次聚光器—全反射匀光漏斗组成，并对此聚光光学系统进行了深入的理论研究，建立了较为完善的系统理论模型。首先，研究了环面焦斑菲涅尔聚光器实现均匀聚光的原理，推导了环面焦斑菲涅尔聚光器的统一设计公式。通过Matlab软件分析F/#（F数）与光学效率的关系、Tracepro软件仿真光斑照度，结果表明：环面聚焦菲涅尔透镜各环的棱深度小于普通点聚焦菲涅尔透镜各环的棱深度；环面焦斑菲涅尔聚光器具有更高的光能利用率和光斑均匀性；环面焦斑菲涅耳聚光器的光斑均匀性，随着F/#的增大而增大，随着几何聚光比的增大而减小；随着接受角度的增大，环面焦斑菲涅尔聚光器的光斑均匀度和光学效率都逐渐降低。其次，利用边缘光线原理和...
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚光光伏发电站
图 3 . 2 第 i 棱 透镜 局部 图在 透镜 的 平面 一 侧 时， 聚 光器 第 i 环圆 心， r i为半 径 的 圆上 。 由图 3 . 1得 知 s i n s i ni in θ θ′= Lt an 2iiiuf k= R t an i ik = × θi i iu θ θ′= ir Rr iR = Li i i= x r
中国 计 量学 院 硕士 学 位论 文 环透 镜 光 轴与 聚 光 器光 轴 的 距离 ， R 为聚 光 器半 口 径 ，r 为 焦 斑半 径 。 根据 公 式 (3 - 1 ) -( 3 -8 ) ，可 计 算 出透 镜 每 一环 的 特 征参 数 ki。文中 环 面焦 斑 菲 涅尔 聚 光器 的 参数 设 计 为： 大 口径 4 0 0m m[ 63 ]，焦 斑半 径 20 m m ，f / 0 .8 ， 厚 度 3 m m， 环 距 1 m m， P M M A材 料， 折 射率 是1 . 49 （ 理论 上 该 种 材料 的 透 光率 可 以达 到 9 0％ 以 上 [ 64 ]）， 平板 型 楞朝 内 的 菲涅 尔 透镜 。分 析 此 环 面焦 斑 菲 涅尔 聚 光 器的 棱 高 ， 并对 比 相 同参 数 下 点 聚焦 菲 涅 尔聚 光 器 的棱 高 ， 如图 3 . 3所 示 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于平板型导光板的太阳能聚光系统[J]. 郝雯雯,余桂英,胡兴. 激光与光电子学进展. 2012(08)
[2]全平面镜线反射太阳聚光器的光学设计[J]. 浦绍选,夏朝凤. 农业工程学报. 2011(12)
[3]非成像光学应用于LED照明的研究[J]. 李澄,李农. 照明工程学报. 2011(05)
[4]5kW太阳模拟器与斯特林发动机吸热器的辐射换热特性研究[J]. 杜景龙,唐大伟,李志刚. 工程热物理学报. 2011(06)
[5]太阳能热发电聚光系统的研究进展[J]. 韩雪冰,魏秀东,卢振武,吴宏圣,郭邦辉,杨洪波. 中国光学. 2011(03)
[6]1000倍聚光的光伏聚光器的非成像设计[J]. 赵清亮,陈俊云,吴晓光,胡宜宁. 哈尔滨工业大学学报. 2011(05)
[7]平板型玻璃镜反射太阳能聚光光伏系统的实验研究[J]. 胡芃,张谦,王刚,刘阳,陈则韶,程晓舫. 工程热物理学报. 2011(05)
[8]聚光光伏电池及系统的研究现状[J]. 王一平,李文波,朱丽,韩新月,方振雷. 太阳能学报. 2011(03)
[9]曲面聚光太阳电池组件研究[J]. 周改改,薛钰芝,刘帅. 太阳能. 2010(08)
[10]分布式焦点法线聚焦菲涅耳聚光器设计及性能分析[J]. 李望,徐熙平,宋贺伦,茹占强,卢鑫,张国玉,张耀辉. 红外与激光工程. 2010(04)
博士论文
[1]基于非成像原理的菲涅耳光伏聚光系统的研究[D]. 赵会富.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[2]太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究[D]. 刘颖.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器的设计与研究[D]. 姜磊.吉林大学 2011
[2]菲涅尔太阳能聚光器研究[D]. 吴贺利.武汉理工大学 2010
[3]聚光光伏发电光学系统优化设计研究[D]. 林海浩.浙江工业大学 2009
[4]非成像光学系统设计方法及其在LED道路照明工程中的应用[D]. 黄健.浙江大学 2008
[5]复合抛物面聚光型太阳能电热联用系统性能实验[D]. 王科.重庆大学 2008
本文编号：3019713
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚光光伏发电站
图 3 . 2 第 i 棱 透镜 局部 图在 透镜 的 平面 一 侧 时， 聚 光器 第 i 环圆 心， r i为半 径 的 圆上 。 由图 3 . 1得 知 s i n s i ni in θ θ′= Lt an 2iiiuf k= R t an i ik = × θi i iu θ θ′= ir Rr iR = Li i i= x r
中国 计 量学 院 硕士 学 位论 文 环透 镜 光 轴与 聚 光 器光 轴 的 距离 ， R 为聚 光 器半 口 径 ，r 为 焦 斑半 径 。 根据 公 式 (3 - 1 ) -( 3 -8 ) ，可 计 算 出透 镜 每 一环 的 特 征参 数 ki。文中 环 面焦 斑 菲 涅尔 聚 光器 的 参数 设 计 为： 大 口径 4 0 0m m[ 63 ]，焦 斑半 径 20 m m ，f / 0 .8 ， 厚 度 3 m m， 环 距 1 m m， P M M A材 料， 折 射率 是1 . 49 （ 理论 上 该 种 材料 的 透 光率 可 以达 到 9 0％ 以 上 [ 64 ]）， 平板 型 楞朝 内 的 菲涅 尔 透镜 。分 析 此 环 面焦 斑 菲 涅尔 聚 光 器的 棱 高 ， 并对 比 相 同参 数 下 点 聚焦 菲 涅 尔聚 光 器 的棱 高 ， 如图 3 . 3所 示 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于平板型导光板的太阳能聚光系统[J]. 郝雯雯,余桂英,胡兴. 激光与光电子学进展. 2012(08)
[2]全平面镜线反射太阳聚光器的光学设计[J]. 浦绍选,夏朝凤. 农业工程学报. 2011(12)
[3]非成像光学应用于LED照明的研究[J]. 李澄,李农. 照明工程学报. 2011(05)
[4]5kW太阳模拟器与斯特林发动机吸热器的辐射换热特性研究[J]. 杜景龙,唐大伟,李志刚. 工程热物理学报. 2011(06)
[5]太阳能热发电聚光系统的研究进展[J]. 韩雪冰,魏秀东,卢振武,吴宏圣,郭邦辉,杨洪波. 中国光学. 2011(03)
[6]1000倍聚光的光伏聚光器的非成像设计[J]. 赵清亮,陈俊云,吴晓光,胡宜宁. 哈尔滨工业大学学报. 2011(05)
[7]平板型玻璃镜反射太阳能聚光光伏系统的实验研究[J]. 胡芃,张谦,王刚,刘阳,陈则韶,程晓舫. 工程热物理学报. 2011(05)
[8]聚光光伏电池及系统的研究现状[J]. 王一平,李文波,朱丽,韩新月,方振雷. 太阳能学报. 2011(03)
[9]曲面聚光太阳电池组件研究[J]. 周改改,薛钰芝,刘帅. 太阳能. 2010(08)
[10]分布式焦点法线聚焦菲涅耳聚光器设计及性能分析[J]. 李望,徐熙平,宋贺伦,茹占强,卢鑫,张国玉,张耀辉. 红外与激光工程. 2010(04)
博士论文
[1]基于非成像原理的菲涅耳光伏聚光系统的研究[D]. 赵会富.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[2]太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究[D]. 刘颖.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器的设计与研究[D]. 姜磊.吉林大学 2011
[2]菲涅尔太阳能聚光器研究[D]. 吴贺利.武汉理工大学 2010
[3]聚光光伏发电光学系统优化设计研究[D]. 林海浩.浙江工业大学 2009
[4]非成像光学系统设计方法及其在LED道路照明工程中的应用[D]. 黄健.浙江大学 2008
[5]复合抛物面聚光型太阳能电热联用系统性能实验[D]. 王科.重庆大学 2008
本文编号：3019713
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