CN102109622A - 聚光透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于太阳能聚光装置的聚光透镜，包括平板状透光体、第一菲涅尔透镜结构及第二菲涅尔透镜结构。该平板状透光体包括相对设置的第一表面及第二表面，该第一菲涅尔透镜结构，包括设置在平板状透光体第一表面上的多个以同心圆分布的第一球面锯齿。该第二菲涅尔透镜结构包括设置在平板状透光体第一表面上的多个以同心圆分布的第二球面锯齿。该第二球面锯齿环绕第一球面锯齿设置，且该第二球面锯齿的曲率半径与第一球面锯齿的曲率半径不同。该种聚光透镜在配合小尺寸太阳能电池板使用时，仍能保证会聚后的光线在太阳能电池板上具有均匀的光线强度分布。

Description

聚光透镜
技术领域
本发明涉及一种聚光透镜，尤其是一种可应用于太阳能聚光装置的聚光透镜。
背景技术
太阳能作为一种新型能源，日益受到人们的普遍重视。目前多数的太阳能集光装置都采用菲涅尔透镜作为聚光透镜，以将太阳光会聚至太阳能电池晶片。但由于菲涅尔透镜的各环球形锯齿对于太阳光的折射程度不同，将导致到达太阳能电池上的太阳光照并不均匀，不利于太阳能电池板的充分利用。
参见图1，本处发明人於2009年8月19日提出的申请号为200910305795.6的发明专利申请提供了一种非成像聚光透镜，该种透镜可明显改善太阳能电池板上太阳光照不均匀的情形。图2所示为上述发明专利申请所揭露之非成像聚光透镜的光照强度分布模拟曲线图，当半径为300毫米(mm)的该种非成像聚光透镜聚光于9mm*9mm的太阳能电池板上、聚光透镜与太阳能电池板间的距离为300mm时，太阳能电池板上的光照分布非常均匀。然而，发明人发现：当太阳能电池板缩小为4mm*4mm、而非成像聚光透镜大小及其与太阳能电池板间的距离不变的情况下，在太阳能电池板的中央位置产生较强的光能量分布，如图3所示。经分析发现，此乃太阳光经过非成像聚光透镜时小部分光线反射而形成的散射光所致，且此种情况在小尺寸的该种非成像聚光透镜上尤其明显。
有鉴于此，有必要提供一种在太阳能电池板尺寸较小的情况下仍能使太阳光线强度分布具有较佳均匀度的聚光透镜。
发明内容
下面将以具体实施例说明一种在太阳能电池板尺寸较小的情况下仍能使太阳光线强度分布具有较佳均匀度的聚光透镜。
一种聚光透镜，其包括一个平板状透光体，一第一菲涅尔透镜结构以及一第二菲涅尔透镜结构，该平板状透光体包括相对设置的第一表面及第二表面；该第一菲涅尔透镜结构包括设置在平板状透光体第一表面上的多个以同心圆分布的第一球面锯齿；该第二菲涅尔透镜结构包括设置在平板状透光体第一表面上的多个以同心圆分布的第二球面锯齿，该第二球面锯齿环绕第一球面锯齿设置，且该第二球面锯齿的曲率半径与第一球面锯齿的曲率半径不同。
与背景技术所提及的非成像聚光透镜相比，本发明所提供的聚光透镜具有两种曲率半径互不相同的球面锯齿菲涅尔透镜结构，其利用具有第二球面锯齿的菲涅尔透镜结构会聚太阳光，并利用具有不同曲率半径的第一球面锯齿的菲涅尔透镜结构相应地调节光能量分布偏高的情形，从而可明显改善光能量分布不均的情况。
附图说明
图1是第200910305795.6号专利申请所揭露非成像聚光透镜的结构示意图。
图2是图1所示非成像聚光透镜的第一光照强度分布模拟曲线图。
图3是图1所示非成像聚光透镜的第二光照强度分布模拟曲线图。
图4是本发明实施例所提供聚光透镜的结构示意图。
图5是本发明实施例所提供聚光透镜的光照强度分布模拟曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
参见图4，本发明实施例提供的聚光透镜10，其包括一个透光体11，第一菲涅尔透镜结构12以及第二菲涅尔透镜结构13。
该透光体11为圆形透光体，其为平板状。该透光体11包括第一表面110和第二表面112。该第二表面112与第一表面110相对设置，且该第二表面112用于接收太阳光的照射。该第一表面110、第二表面112均为平坦表面。该透光体11的材质可为有机塑料或玻璃等。
该第一菲涅尔透镜结构12设置在透光体11的第一表面110上。该第一菲涅尔透镜结构12包括多个设置在第一表面110上的第一球面锯齿120，且该多个第一球面锯齿120呈环状。本实施例中，该多个第一球面锯齿120以第一表面110的几何中心114为圆心呈同心圆分布。
该第二菲涅尔透镜结构13设置在透光体11的第一表面110上。该第二菲涅尔透镜结构13包括多个设置在第一表面110上的第二球面锯齿130，且该多个第二球面锯齿130呈环状。该多个第二球面锯齿130以第一表面110的几何中心114为圆心呈同心圆分布。该多个第二球面锯齿130环绕第一球面锯齿120分布，并且该第一球面锯齿120曲率半径大于第二球面锯齿130的曲率半径。
图5所示为该种聚光透镜10的光学模拟示意图，该图是在太阳能电池板大小为4mm*4mm、聚光透镜10半径为300mm且聚光透镜10与太阳能电池板(图未示)间的距离为300mm的情况下进行模拟的。从图5可以看出，太阳能电池板上光能量的分布较图3有了很大改善，背景技术中前发明所存在的“太阳能电池板中央位置的光能量分布偏强”现象得以避免。由此可见，该种聚光透镜10能避免背景技术中前发明所述“太阳光经过非成像聚光透镜时小部分光线反射而形成的散射光”导致的光能量分布不均的情况。
需要说明的是，针对于结构与被背景技术中前发明所揭露聚光透镜不同的其他种类聚光透镜所产生的局部光能量分布偏高的情况，也可以通过将所述第一菲涅尔透镜结构12设置在聚光透镜上所对应的能量分布偏高的位置，并将聚光透镜的其他位置上设置第二菲涅尔透镜结构13，便可调整光能量分布不均的情况。
第一球面锯齿120并不局限于以第一表面110的几何中心114为圆心以同心圆分布，该第一球面锯齿120所环绕的圆心可以不同于第一表面110的几何中心114，从而第一球面锯齿120在聚光透镜上的设置位置可以随聚光透镜能量分布的具体位置作适当调整。
此外，所述第一球面锯齿120的曲率半径也可以小于所述第二球面锯齿130的曲率半径，从而可将曲率半径相对较大的第一球面锯齿120设置在聚光透镜上所对应的能量分布偏低的位置，而将曲率半径相对较小的第二球面锯齿130设置在聚光透镜上其他位置，同样能够调整光能量分布不均的情况。第一菲涅尔透镜结构12与该第二菲涅尔透镜结构13的焦距、螺距可以相同或不同，从而可根据适当的光能量分布情形进行调整。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种聚光透镜，其包括：
一个平板状透光体，该平板状透光体包括相对设置的第一表面及第二表面；
一第一菲涅尔透镜结构，其包括设置在平板状透光体第一表面上的多个以同心圆分布的第一球面锯齿；
一第二菲涅尔透镜结构，其包括设置在平板状透光体第一表面上的多个以同心圆分布的第二球面锯齿，该多个第二球面锯齿整体位于该多个第一球面锯齿外围且环绕第一球面锯齿设置，且该第二球面锯齿的曲率半径与第一球面锯齿的曲率半径不同。
2.如权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述多个第一球面锯齿、多个第二球面锯齿均以平板状透光体的几何中心为圆心呈同心圆分布。
3.如权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述多个第一球面锯齿均以不同于平板状透光体几何中心的点为圆心呈同心圆分布，所述多个第二球面锯齿以平板状透光体的几何中心为圆心呈同心圆分布。
4.如权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第一球面锯齿的曲率半径大于所述第二球面锯齿的曲率半径。
5.如权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第一菲涅尔透镜结构的焦距与所述第二菲涅尔透镜结构的焦距相等。
6.如权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第一菲涅尔透镜结构的螺距与所述第二菲涅尔透镜结构的螺距相等。
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