CN220820279U - 太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列 - Google Patents

Abstract

本申请提供了太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，属于太阳能光热利用技术领域。针对太阳能转换利用效率较低的问题，本申请提供了太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，包括基板和多个菲涅尔透镜，基板呈两面光滑的板状，菲涅尔透镜包括与基板的面贴合的第一表面，以及背离基板的第二表面，且第二表面用于对光线进行折射，并将太阳光汇聚于一点；菲涅尔透镜呈圆形或正方形设置；多个菲涅尔透镜呈阵列排布于基板的至少一个面，且完全覆盖基板的至少一个面。本申请能将太阳能光热通过透过式、折射聚焦把低能量密度的太阳能光热转化为300～500℃的高温和高密度的热能，实现太阳能高效、高温、低成本的应用。

Description

太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列

技术领域

本申请涉及太阳能光热利用技术领域，尤其涉及太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列。

背景技术

随着社会的发展，清洁能源开发已经成为各研究所、各公司以及个人研发焦点；其中，太阳能利用由于具有丰富资源以及清洁的优点，因此成为了广大研发者研发方向。

目前太阳能利用中常用凸透镜聚焦。凸透镜是一种常见的透镜，中间厚、边缘薄；可以将平行光线(如阳光)平行于主光轴(凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴)射入凸透镜，光在透镜的两面经过两次折射后，集中在轴上的一点，此点叫做凸透镜的焦点，其太阳能光热会集中在这一点上。

但是凸透镜片较厚，光在玻璃中直线传播的部分会使得光线衰减，导致最终接收的太阳能量较少，太阳能转换利用效率较低。

实用新型内容

本申请的目的在于解决现有技术中，太阳能转换利用效率较低的问题。因此，本申请提供了太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，能将太阳能光热通过透过式、折射聚焦把低能量密度的太阳能光热转化为300～500℃的高温和高密度的热能，实现太阳能高效、高温、低成本的应用。

本申请实施例提供了一种太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，包括基板和多个菲涅尔透镜，所述基板呈两面光滑的板状，所述菲涅尔透镜包括与所述基板的面贴合的第一表面，以及背离所述基板的第二表面，且所述第二表面用于对光线进行折射，并将太阳光汇聚于一点；

所述菲涅尔透镜呈圆形或正方形设置；

所述多个菲涅尔透镜呈阵列排布于所述基板的至少一个面，且完全覆盖所述基板的所述至少一个面。

采用上述技术方案，利用菲涅尔透镜较薄，相比凸透镜能够减少光线在透镜中的传播衰减，同时菲涅尔透镜完全覆盖基板的至少一个面，增加了最终接收到的太阳能量，从而提高了太阳能转换利用效率；并且，菲涅尔透镜也能够减小阵列厚度及质量，从而便于安装。

在一些实施例中，所述多个菲涅尔透镜中各所述菲涅尔透镜采用同一尺寸设置，且所述第一表面设置为平面。

采用上述技术方案，将菲涅尔透镜尺寸统一规格化，便于在基板上设置菲涅尔透镜，并且可尽可能利用基板。

在一些实施例中，所述基板为矩形板，所述菲涅尔透镜沿所述基板的长度方向和宽度方向阵列排布于所述基板的任一所述面。

采用上述技术方案，进一步便于在基板上设置菲涅尔透镜，并使得阵列规整，结构简单，便于后续维护。

在一些实施例中，所述基板和所述菲涅尔透镜一体成型连接。

在一些实施例中，所述基板和所述菲涅尔透镜为相同材质制成。

在一些实施例中，所述基板和所述菲涅尔透镜的材质均为光学玻璃。

本实用新型其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本实用新型说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，其中基板在下，呈正方形的菲涅尔透镜第二表面正对入射光；

图2为图1的剖视图；

图3为图2的局部放大示意图；

图4为本实用新型的结构示意图，其中基板在下，呈正方形的菲涅尔透镜第一表面正对入射光；

图5为图4的剖视图；

图6为图5的局部放大示意图；

图7为本实用新型的结构示意图，其中基板在下，呈圆形的菲涅尔透镜第二表面正对入射光；

图8为本实用新型的结构示意图，其中基板在下，呈圆形的菲涅尔透镜第一表面正对入射光。

附图标记说明：1、基板；2、菲涅尔透镜。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供了一种太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，能将太阳能光热通过透过式、折射聚焦把低能量密度的太阳能光热转化为300～500℃的高温和高密度的热能，实现太阳能高效、高温、低成本的应用。

如图1、4、7和8所示，该阵列包括基板1和多个菲涅尔透镜2，基板1呈两面光滑的板状，菲涅尔透镜2包括与基板1的面贴合的第一表面，以及背离基板1的第二表面，且第二表面用于对光线进行折射，并将太阳光汇聚于一点，即平行入射的太阳光通过菲涅尔透镜2折射后在焦距平面上产生聚合焦点，该阵列将接收的太阳光热能量汇聚在一个个阵列焦点上，从而得到300～500℃的高温太阳热量。

菲涅尔透镜2(Fresnel lens)，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的。镜片表面一般为一面为光面，即第一表面，另一面刻录了由小到大的同心圆，即第二表面，第二表面为排列规则的同心圆棱形槽，它的槽是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。使用普通的凸透镜时，由于光的折射只发生在介质的交界面，凸透镜片较厚，光在玻璃中直线传播的部分会使得光线衰减，导致出现边角变暗、模糊的现象，而菲涅尔透镜2去掉直线传播的部分，只保留发生折射的曲面，从而在能省下大量材料同时达到相同的聚光效果，保证平行投射光源汇聚投射后能够保持图像各处亮度的一致。本阵列利用菲涅尔透镜2的聚焦功能，提高太阳光热能量的能流密度，温度可以达到上千度，因此，本阵列不仅可以用于制取生活热水、供暖等中低温的太阳能光热利用，而且还可以用于光热发电等温度高达300～500℃太阳能高温利用的领域。同时，菲涅尔透镜2较薄，也能够减小阵列厚度及质量，从而便于安装。

根据菲涅尔透镜2半径越小、焦距越小、口径越大聚能效果越好的原理，本阵列中菲涅尔透镜2的参数在三者之间考虑了相应的平衡关系，所采用的菲涅尔透镜2其厚度为8mm～10mm，例如8mm、9mm或10mm，本领域技术人员知晓的是，该厚度指菲涅尔透镜2的最大厚度。本阵列通过该尺寸设定大大降低了发明转化利用的材料成本，既获得了高达300～500℃较高的光热利用的高温效果，又控制了造价，实现了高性价比的光热利用。

多个菲涅尔透镜2呈阵列排布于基板1的至少一个面，即可以是如图1和图7所示的基板1正面，使得菲涅尔透镜2正对入射光，也可以是如图4和图8所示的基板1背面，使得菲涅尔透镜2背对入射光，或者，基板1的两面均排布有菲涅尔透镜2。每一排布中，多个菲涅尔透镜2完全覆盖基板1的至少一个面，实现紧密排布，避免空间浪费，同时增加了最终接收到的太阳能量，从而提高了太阳能转换利用效率。可以理解的是，多个菲涅尔透镜2完全覆盖基板1的至少一个面时，不排除相邻菲涅尔透镜2之间必须的安装空隙，以及可在基板1上留有以备本阵列安装在其他设备上的安装预留区域，本实施例中，可在基板1的该面的边缘处预留一个呈框形的安装预留区域。

在一些实施例中，如图1-6所示，菲涅尔透镜2可呈正方形设置，即将传统的圆形菲涅尔透镜2进行四边切割。如图1-3所示，正方形菲涅尔透镜2可安装在基板1上表面，此时，菲涅尔透镜2正对入射光；或者，如图4-6所示，正方形菲涅尔透镜2还可安装在基板1下表面，此时，菲涅尔透镜2背对入射光。正方形菲涅尔透镜2可进一步紧凑排列，减少基板1上透镜间空隙，从而进一步提高太阳能转换利用效率。

在其他可替代实施例中，菲涅尔透镜2呈圆形设置，圆形菲涅尔透镜2更为常见，获取更为方便，相较于正方形菲涅尔透镜2无需切割，成本较低。

在一些实施例中，多个菲涅尔透镜2中各菲涅尔透镜2采用同一尺寸设置，即将菲涅尔透镜2尺寸统一规格化，从而便于在基板1上设置菲涅尔透镜2，并且可尽可能利用基板1。第一表面设置为平面，第一表面为平面的菲涅尔透镜2更为常见，获取更为方便，并且设置在基板1上更为便捷和稳定。

在一些实施例中，基板1为矩形板，菲涅尔透镜2沿基板1的长度方向和宽度方向阵列排布于基板1的任一面，进一步便于将菲涅尔透镜2在基板1上安装，并使得阵列规整，结构简单，便于后续维护。

在一些实施例中，基板1和菲涅尔透镜2一体成型连接。基板1和菲涅尔透镜2为相同材质制成。例如，基板1和菲涅尔透镜2的材质均为光学玻璃。需要说明的是，基板1和菲涅尔透镜2一体成型以及相同材质的设计，使得光线在传输时，不会受到基板1和菲涅尔透镜2连接处的干扰，提高了太阳能转换利用效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，其特征在于，包括基板和多个菲涅尔透镜，所述基板呈两面光滑的板状，所述菲涅尔透镜包括与所述基板的面贴合的第一表面，以及背离所述基板的第二表面，且所述第二表面用于对光线进行折射，并将太阳光汇聚于一点；

所述菲涅尔透镜呈圆形或正方形设置，且正方形菲涅尔透镜由圆形菲涅尔透镜进行四边切割而成；

所述多个菲涅尔透镜呈阵列排布于所述基板的正面，且完全覆盖所述基板的所述正面；

所述菲涅尔透镜的厚度为8mm～9mm；

所述基板和所述菲涅尔透镜一体成型连接；所述基板和所述菲涅尔透镜为相同材质制成。

2.根据权利要求1所述的太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，其特征在于，所述多个菲涅尔透镜中各所述菲涅尔透镜采用同一尺寸设置，且所述第一表面设置为平面。

3.根据权利要求1所述的太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，其特征在于，所述基板为矩形板，所述菲涅尔透镜沿所述基板的长度方向和宽度方向阵列排布于所述基板的正面。

4.根据权利要求1所述的太阳能光热利用的菲涅尔透镜阵列，其特征在于，所述基板和所述菲涅尔透镜的材质均为光学玻璃。