均匀聚光菲涅尔透镜设计及性能研究

发布时间：2020-04-04 20:21

【摘要】：太阳能储量无限、清洁无污染、安全可靠，是未来最理想的能源。聚光光伏发电技术具有较高的转换效率和较大的成本下降空间，成为太阳能应用中的新亮点。聚光器是聚光光伏系统的核心组件之一，菲涅尔透镜以其透过率高、体积小、重量轻、易加工、成本低的显著优势被广泛应用于聚光光伏系统。然而，传统的菲涅尔透镜聚光分布均匀性很差，导致电池转换效率降低，使用寿命缩短，限制了聚光光伏系统的进一步发展。为此，，本文将对菲涅尔透镜的设计方案进行研究，通过改变透镜结构设计，改善聚光分布均匀性。本文根据几何光学原理，结合传统菲涅尔透镜的设计方法，推导出了平面型菲涅尔透镜环带参数计算公式，分析了菲涅尔透镜聚光效率影响因素，从理论上计算获得了不同焦距设计时菲涅尔透镜的透过率变化规律。根据计算得到的环带参数，利用SolidWorks三维建模软件及Tracepro光学仿真软件对传统菲涅尔透镜焦平面辐照度分布进行了仿真研究，针对其聚光分布不均的问题，基于光学叠加原理，提出了三种改进的菲涅尔透镜设计方案，选取不同参数建立了透镜模型，利用光线追迹法研究了不同透镜的聚光分布情况，对比分析了不同设计方案的性能，从中选取性能良好的设计方案进行深入研究。对所选取的方案作进一步的改进，得到了更具实用性的设计方案，并将其作为最终的均匀聚光菲涅尔透镜设计方法。基于该设计方法选取不同设计参数，研究了不同几何聚光比、不同焦距设计时均匀聚光菲涅尔透镜结构参数以及其聚光性能的变化规律。
【图文】：

聚光系统,马德里,理工大学

透镜均匀聚光系统国内外研究进展马德里理工大学的 Pablo Benitez 和 LP A. Cvetkovic 等人[32, 33]设计了一种菲统，如图 1-1 所示。

聚光系统,光学性能,研究结果

(c) (d) (e)光系统光学性能研究结果[32, 33]。(a) 0.36-0.69μm 仿真结果，(b) 0.6验测试获得的光斑，(d)实验测得的三维辐照度分布，(e) 跟踪误差，长春理工大学茹占强和中科院苏州纳米技术与纳米仿生5]对全反射式二次聚光理论进行分析，在此基础上设计加工光器，并对其聚光性能进行了仿真研究，结果如图 1-3 所(a) (b)
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK513.1

【参考文献】