基于梯度折射率介质的高效率聚光光伏系统设计

发布时间：2022-12-09 04:43

　　煤炭、石油等传统能源的利用率正在逐年增长,但资源的储备量是有限的。因此,太阳能的开发利用受到了大量科研工作者的青睐,太阳能相比于其他能源具有诸多的优势:资源储备巨大;可无限利用;绿色清洁无污染等。目前,太阳光线的能量密度低、光束发散过大等问题限制其大规模应用,太阳能聚光器作为一个可高倍聚焦的光学系统可以有效地提高太阳能的利用效率,将光波导板应用到太阳能聚光器的设计中已成为一种新型光学解决方案,同时需要将成像光学和非成像光学相结合,用以更加全面地设计和分析光学系统。针对太阳能聚光器光波导板中的光线逃逸问题,本文提出了基于梯度折射率介质的高效率聚光光伏系统设计方案,对梯度折射率材料光波导板在聚光光伏系统中的应用提供了理论验证,并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,同时满足无漏光的设计要求。该方案能够充分发挥出抛物面面型聚光模块、柱面镜聚光模块和梯度折射率材料光波导板各自的性能优势,将太阳光线高效地传播至光伏电池上。主要研究内容如下:（1）首先,说明了本课题的研究目的及意义,阐述了不同类型太阳能聚光器的国内外发展现状和聚光系统工作原理,同时给出了梯度折射率光学的研究概况... 

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究目的及研究意义
    1.2 太阳能利用方法
    1.3 太阳能聚光类型及研究进展
        1.3.1 反射式聚光器
        1.3.2 透射式聚光器
        1.3.3 混合式聚光器
    1.4 梯度折射率光学研究进展
    1.5 本文研究内容
    1.6 本章小结
第2章 聚光系统设计原理及相关理论分析
    2.1 聚光器设计理论基础
        2.1.1 Monte Carlo光线追迹法的应用思路
        2.1.2 Monte Carlo光线追迹法的仿真过程
    2.2 非成像光学相关理论
        2.2.1 非成像光学设计理论
        2.2.2 聚光系统性能参数
    2.3 梯度折射率设计相关理论
    2.4 本章小结
第3章 基于抛物线方程和梯度折射率计算方法的聚光器设计
    3.1 聚光器的结构设计
        3.1.1 抛物面面型聚光模块设计
        3.1.2 梯度折射率材料光波导板设计
        3.1.3 聚光器的模型对比仿真
    3.2 聚光器的性能分析
        3.2.1 聚光比与光学效率
        3.2.2 会聚光斑能量密度分布
        3.2.3 光线接收角
        3.2.4 光波导板上光线入射角的研究
    3.3 聚光器的相对位置误差分析
        3.3.1 垂轴位置误差
        3.3.2 轴向位置误差
    3.4 本章小结
第4章 基于柱面镜和梯度折射率材料光波导板的聚光器设计
    4.1 聚光器的结构设计
        4.1.1 柱面镜聚光模块设计
        4.1.2 梯度折射率材料光波导板设计
        4.1.3 聚光器的模型对比仿真
    4.2 聚光器的性能分析
        4.2.1 聚光比与光学效率
        4.2.2 会聚光斑能量密度分布
        4.2.3 柱面镜F数的研究
        4.2.4 光线接收角
        4.2.5 光学耦合结构反射面的倾斜角对光学性能的影响
    4.3 梯度折射率材料光波导板的加工分析
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 主要工作总结
    5.2 主要创新点
    5.3 现存的不足与工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文
致谢



本文编号：3714847