CN110794491A - 十米直径的线性菲涅尔透镜*** - Google Patents
十米直径的线性菲涅尔透镜*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN110794491A CN110794491A CN201810867584.0A CN201810867584A CN110794491A CN 110794491 A CN110794491 A CN 110794491A CN 201810867584 A CN201810867584 A CN 201810867584A CN 110794491 A CN110794491 A CN 110794491A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fresnel lens
- linear fresnel
- meters
- rear wall
- sun
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
- G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
十米直径的线性菲涅尔透镜***,从高聚光太阳能发电***整体考虑,逐一改变各组成,比如菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法等,为高聚光太阳能利用闯低成本新路。
Description
技术领域
本发明属于菲涅尔透镜技术领域。
技术背景
菲涅尔透镜已广泛于应用于光学投影、太阳能聚光发电等领域。目前看,高聚光太阳能发电成本高,还竞争不过普通平板太阳能电池。
发明内容
本发明的目的:从高聚光太阳能发电***整体考虑,逐一改变各组成,比如菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法等,为高聚光太阳能利用闯低成本新路。下面结合附图予以说明:
入射光为平行光,但要求经玻璃折射后(折射系数为n)都集中于同一焦点F(见图1),设A点距透镜中心O的距离为OA=r,焦距OF=f,夹角图中ab为A点的玻璃表面,为入射角,为折射角,根据光学定律由图1可推出
若按等间距型要求来设计线性菲涅尔透镜,就有图2的结果,比如间距为0.02mm,则有x代表深度,虽然不同点有不同斜率,但在0.02mm范围内均为直线。用直线替代本来的曲线,就会产生误差,尤其是远离中心的边沿部分误差更大。
我们按等深度型要求来设计线性菲涅尔透镜(图3,比如0.5mm深度),而且每段都按球面曲线来处理,精度自然高。中心区的曲线平缓,边沿区的曲线陡急,总台阶数比等间距型要少得多,加工制作也方便。这里的球面曲线半经R≠f,要依据‘球面上所有点都必须垂直球心’的特点来求出:图1中A点垂线与透镜中心轴相交的长度即为R,有这里R不是常数,会因r不同而变。具体设计步骤分两步走:确定玻璃n和f后
表1
然后进一步用球面算法来处理各,点的数据(图4):
这里的s是变量,比如依0.001mm为基本单位逐级增涨。先算表1中0至r1的数据,此时式中R要用R1代入。随着s逐级增涨,r也逐级增涨,直至r≥r2,式中R改用R2代入;然后继续增涨至r≥r3,中R改用R3代入;然后...。这样就完成了所有计算。我们来解释计算结果:当r由r1增至r2过程中要用R2代入,相当于保持半经R2不变画了一段园弧。这段园弧与0至r1的园弧在斜率上稍有不同。但只要0至r1的增量足够小,那么这两段园弧所组成曲线就可以看成连续变化。
我们利用现有平板玻璃生产线,加雕花辊轴,直接热压制成型的办法制作直径10米菲涅尔透镜。先讨论雕花辊轴制作,也就是菲涅尔透镜的阴模制作:若采用线性菲涅尔透镜方案,则辊轴的直径可做得与普通压花用的辊轴一样小,阴模上5米长如图3花纹,直接用用5米以上卧式数控车床便能加工,考虑到热玻璃有表面张力,抛光要求可稍低。上面设计的数据还要经阴阳转换才能用于机床加工。不过这里的需要特别说明,上面设计中的所有点所有园弧还都处在一条水平线上。车床加工要有深度如图3所示,这里的x对应于s,但不完全相同,x要不断由0涨至0.5mm,然后突跳至0,然后重复再由0涨至0.5mm。这样反复目的,是把上述一条线上各点各种曲率圆弧,平移成一段完整、连续变化的曲线,如图3花纹。5米辊轴正好与5米平板玻璃生产线匹配,两片镜像对接可制作直经10米的线性菲涅尔透镜。按理论计算,若10米线性菲涅尔透镜的聚焦光斑宽度为1cm,相当与聚焦了1000个太阳。因此不必采用二次聚焦了,因为每加一次聚焦,要增设备增成本,还要增加0.92玻璃透光率的损失。通过改变聚焦面上下位置的设定,改变太阳光单位面积能量。
附图说明
图1是本发明的光路示意图
图2是本发明的等间距型菲涅尔透镜示意图
图3是本发明的等深度型菲涅尔透镜示意图
图4是本发明的球面曲面计算示意图
图5是本发明的自动跟踪阳光型10米线性菲涅尔透镜***构成图
图6是本发明的廉价型大面积线性菲涅尔透镜***构成图
具体实施方式
考虑抵抗恶劣环境及降低成本要求,10米线性菲涅尔透镜***做成图5、图6模样。图5为自动跟踪阳光型,图中1为10米×10米线性菲涅尔透镜;2为聚焦面上太阳能电池;3为固定在旋转底盘7上的前墙(若能深挖地基,则可降低墙高),与线性菲涅尔透镜1之间用铰链方式连接;4为后墙,其上有液压、电动顶杠5,用于支撑线性菲涅尔透镜1作高低张合,起到经线方向对太阳的精密跟踪作用。因为太阳在经线方向上移动很慢,按天变化难以觉察、按季度才有较大改变。慢变化的精密跟踪好处理,甚至用人工操控都行。由于我们线性菲涅尔透镜的聚焦面是按水平方向铺设的,控制方向正好针对经线,所以即使民用供热用廉价型大面积线性菲涅尔透镜***图6中,还要有液压、电动顶杠5,这样就能保证水平方向热交换管始终跟踪太阳,垂直方向用抬高焦平面位置、同时加大热交换管面积。后墙比前墙高,线性菲涅尔透镜1放下来就靠在后墙上,有前后墙及前后墙两侧的连墙,自动组成抵抗恶劣环境保护圈。也就是当遭遇恶劣天气时,选择立即放下线性菲涅尔透镜1靠在后墙4上。旋转底盘7是园形的,其四周装有滑轮,可以在与地基连接的的、弯成圆环形的槽钢6中滑动,由纬线方向太阳控制器控制其滑动旋转跟踪太阳;纬线方向旋转控制器控制精度要求不高,要特别结实可靠。
Claims (1)
1.一种线性菲涅尔透镜***,包括菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法,其特征在于:
a.菲涅尔透镜的设计分两步走:
表1
然后进一步用球面算法来处理各r点的数椐,见图4:
这里的s是变量,比如依0.001mm为基本单位逐级增涨;先算表1中0至r1的数据,此时式中R要用R1代入;随着s逐级增涨,r也逐级增涨,直至r≥r2,式中R改用R2代入;然后继续增涨至r≥r3,中R改用R3代入;然后...;这样就完成了所有计算;我们来解释计算结果:当r由r1增至r2过程中要用R2代入,相当于保持半经R2不变画了一段园弧;这段园弧与0至r1的园弧在斜率上稍有不同;但只要0至r1的增量足够小,那么这两园弧所组成曲线就可以看成连续变化;
b.直接利用大型平板玻璃生产线,热压成型线性菲涅尔透镜:利用现有平板玻璃生产线,加雕花辊轴,直接热压制成直径10米线性菲涅尔透镜;先讨论雕花辊轴制作,也就是线性菲涅尔透镜的阴模制作:阴模上5米长如图3花纹,用5米以上卧式数控车床便能加工;上面设计的数椐还要经阴阳转换才能用于机床加工;不过这里需要特别说明,上面设计中的所有点所有园弧还都处在一条水平线上;车床加工要有深度如图3所示,这里的x对应于s,但不完全相同,x要不断由0涨至0.5mm,然后突跳至0,然后重复再由0涨至0.5mm;这样反复目的,是把上述一条线上各点各种曲率圆弧,平移成一段完整、连续变化的曲线,即图3花纹;5米辊轴正好与5米平板玻璃生产线匹配,两片镜像对接可制作直经10米的线性菲涅尔透镜;
c.改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法:考虑到抵抗恶劣环境及降低成本要求,10米线性菲涅尔透镜***做成图5、图6模样;图5为自动跟踪阳光型,图中1为10米×10米线性菲涅尔透镜;2为聚焦面上太阳能电池;3为固定在旋转底盘7上的前墙,与线性菲涅尔透镜1之间用铰链方式连接,若能深挖地基,则可降低墙高;4为后墙,其上有液压、电动顶杠5,用于支撑线性菲涅尔透镜1作高低张合,起到经线方向对太阳的精密跟踪作用;因为太阳在经线方向上移动很慢,按天变化难以觉察、按季度才有较大改变;慢变化的精密跟踪好处理,甚至用人工操控都行;由于我们线性菲涅尔透镜的聚焦面是按水平方向铺设的,控制方向正好针对经线,所以即使廉价型大面积线性菲涅尔透镜***图6中,还要有液压、电动顶杠5;后墙比前墙高,线性菲涅尔透镜1放下来就靠在后墙上,有前后墙及前后墙两侧的连墙,自动组成抵抗恶劣环境保护圈;也就是当遭遇恶劣天气时,选择立即放下线性菲涅尔透镜1靠在后墙4上;旋转底盘7是园形的,其四周装有滑轮,可以在与地基连接的、弯成圆环形的槽钢6中滑动,由纬线方向太阳控制器控制其滑动旋转跟踪太阳;纬线方向旋转控制器控制精度要求不高,要特别结实可靠。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810867584.0A CN110794491A (zh) | 2018-08-01 | 2018-08-01 | 十米直径的线性菲涅尔透镜*** |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810867584.0A CN110794491A (zh) | 2018-08-01 | 2018-08-01 | 十米直径的线性菲涅尔透镜*** |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110794491A true CN110794491A (zh) | 2020-02-14 |
Family
ID=69426105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810867584.0A Pending CN110794491A (zh) | 2018-08-01 | 2018-08-01 | 十米直径的线性菲涅尔透镜*** |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110794491A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111637645A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-08 | 杨金玉 | 玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能中应用 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3915148A (en) * | 1974-11-22 | 1975-10-28 | Nasa | Thermostatically controlled non-tracking type solar energy concentrator |
CN1068661A (zh) * | 1991-07-16 | 1993-02-03 | 焦立伟 | 线聚焦菲涅耳透镜的制造方法 |
CN2606363Y (zh) * | 2003-01-27 | 2004-03-10 | 刘福宇 | 长焦点菲涅尔透镜 |
CN101101156A (zh) * | 2007-07-23 | 2008-01-09 | 上海海想自动控制技术有限公司 | 太阳能热水器 |
CN101220997A (zh) * | 2007-01-09 | 2008-07-16 | 张明伟 | 光线广角聚焦太阳能发电集热技术 |
CN102062938A (zh) * | 2010-08-27 | 2011-05-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 聚光装置及其设计方法、聚光光伏发电装置 |
CN102155358A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-17 | 张文迅 | 聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站 |
CN202334374U (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-11 | 江联芳 | 线聚焦聚光光伏发电装置 |
CN102809770A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-12-05 | 南京索尔玻璃科技有限公司 | 一种线性菲涅尔透镜的制备方法及其所得的菲涅尔透镜 |
CN103091822A (zh) * | 2011-11-08 | 2013-05-08 | 弘胜光电股份有限公司 | 太阳能线性菲涅尔聚光透镜 |
CN203799105U (zh) * | 2014-03-11 | 2014-08-27 | 浙江煜腾新能源股份有限公司 | 宽幅单距线性聚焦光栅片 |
-
2018
- 2018-08-01 CN CN201810867584.0A patent/CN110794491A/zh active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3915148A (en) * | 1974-11-22 | 1975-10-28 | Nasa | Thermostatically controlled non-tracking type solar energy concentrator |
CN1068661A (zh) * | 1991-07-16 | 1993-02-03 | 焦立伟 | 线聚焦菲涅耳透镜的制造方法 |
CN2606363Y (zh) * | 2003-01-27 | 2004-03-10 | 刘福宇 | 长焦点菲涅尔透镜 |
CN101220997A (zh) * | 2007-01-09 | 2008-07-16 | 张明伟 | 光线广角聚焦太阳能发电集热技术 |
CN101101156A (zh) * | 2007-07-23 | 2008-01-09 | 上海海想自动控制技术有限公司 | 太阳能热水器 |
CN102062938A (zh) * | 2010-08-27 | 2011-05-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 聚光装置及其设计方法、聚光光伏发电装置 |
CN102155358A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-17 | 张文迅 | 聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站 |
CN103091822A (zh) * | 2011-11-08 | 2013-05-08 | 弘胜光电股份有限公司 | 太阳能线性菲涅尔聚光透镜 |
CN202334374U (zh) * | 2011-11-14 | 2012-07-11 | 江联芳 | 线聚焦聚光光伏发电装置 |
CN102809770A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-12-05 | 南京索尔玻璃科技有限公司 | 一种线性菲涅尔透镜的制备方法及其所得的菲涅尔透镜 |
CN203799105U (zh) * | 2014-03-11 | 2014-08-27 | 浙江煜腾新能源股份有限公司 | 宽幅单距线性聚焦光栅片 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111637645A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-08 | 杨金玉 | 玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能中应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1088829A (en) | Solar concentrator and energy collection system | |
US8230851B2 (en) | Tracking fiber optic wafer concentrator | |
CN103069310B (zh) | 表面结构、菲涅尔透镜和用于制造表面结构的工具 | |
US8194324B2 (en) | Fresnel lenses | |
CN100526753C (zh) | 地轴式太阳炉聚光器 | |
CN110794491A (zh) | 十米直径的线性菲涅尔透镜*** | |
Huang et al. | Roll-to-roll embossing of optical radial Fresnel lenses on polymer film for concentrator photovoltaics: a feasibility study | |
CN203869343U (zh) | 固定焦点聚光热水装置 | |
CN202928124U (zh) | 一种吸收器固定式菲涅耳透镜太阳能线聚光装置 | |
CN107024007B (zh) | 基于非成像光学分区多焦点的菲涅尔光热聚光结构和方法 | |
CN101169510A (zh) | 玻璃板硅胶太阳聚光透镜制造方法及太阳聚光装置 | |
CN101169287A (zh) | 一种太阳聚光透镜制造方法和一种太阳聚光装置 | |
CN112540460A (zh) | 基于tir与微透镜阵列组合的光学***设计方法 | |
Cheng et al. | Design and machining of Fresnel solar concentrator surfaces | |
CN104990285A (zh) | 免跟踪太阳能聚光器 | |
CN110280840A (zh) | 一种圆柱面菲涅尔透镜一次成型超精密加工方法 | |
US20140196762A1 (en) | Methods for forming optimized lenses and devices thereof | |
Zhou et al. | Design and analysis of a compact solar concentrator tracking via the refraction of the rotating prism | |
CN104848563A (zh) | 一种多球环面三维线聚焦太阳能集热器 | |
Mo et al. | Design and fabrication of a double-sided aspherical Fresnel lens on a curved substrate | |
Zheng et al. | Design and analysis of compact optical concentrators for roof-integrated solar thermal applications | |
CN212600135U (zh) | 一种柱镜光栅板装配定位装置 | |
Allsop et al. | Optimising efficiency in diamond turned Fresnel mould masters | |
Han et al. | Studies on the light permeance characteristic of a Fresnel lens group applied in high concentration solar energy | |
US8174776B2 (en) | Array of concentrating lenses and method of manufacture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200214 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |