CN102681047B - 复合结构菲涅尔透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合结构菲涅尔透镜，它由钢化平板超白玻璃、粘结层和硅胶层顺序连接构成，硅胶层的外表面形成菲涅尔齿形面，该菲涅尔齿形面由多个齿形同心圆环或断环组成，各环的齿形截面均呈直角三角形，直角三角形一直角边垂直于菲涅尔透镜的上表面即太阳光的入射面，斜边所在的面形成太阳光的折射面。菲涅尔齿形面中各齿形的折射面的倾斜角度由中心向外逐环增加。与现有技术相比，本发明具有光学透过率高、耐候性好、表面硬度高、耐风沙能力强和材料成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能聚光装置，尤其涉及一种复合结构菲涅尔透镜。
背景技术
人类面临能源短缺，温室效应加剧，环境污染严重。太阳能作为一种主要的清洁能源，日益受到重视。目前的太阳能发电主要采用单晶硅电池、多晶硅电池或者薄膜电池。这几种电池受工艺和原理的限制，效率比较低；与传统能源相比，成本高出1倍以上，这成为制约太阳能发电大规模应用的瓶颈之一。
高倍聚光太阳能发电技术是第三代光伏技术。聚光太阳能采用GaAs电池，光电转化效率40％以上，并且聚光倍数在500倍以上，需要的电池面积节约500倍以上。
采用传统的球面透镜无法实现500倍以上的聚光倍数。必须采用非球面型透镜。但采用非球面型透镜存在以下问题：
1.非球面加工困难，成本高。
2.透镜厚度厚，材料成本高，并且重量重，不利于安装。
目前太阳能聚光多数用菲涅尔透镜，利用一系列不同角度的齿实现聚光，菲涅尔透镜多用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料加工而成。PMMA材料的菲涅尔透镜在太阳能聚光领域中的应用存在如下不足：
1、PMMA菲涅尔透镜多为单元，封装成本高，封装可靠性差。
2、PMMA材料强度不高，尤其不适合大面积的菲涅尔透镜阵列。
3、PMMA材料耐候性不够好，在长期暴晒下材料容易黄变，引起透过率下降，降低系统效率和寿命。
4、PMMA材料表面硬度不高，在风沙环境下表面容易划伤，降低系统效率和寿命。
4、PMMA材料膨胀系数较高，与玻璃、金属等膨胀系数相差较大，密封和固定困难，并且难以保证密封的长寿命。
发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种光学效率高、耐候性好的复合结构菲涅尔透镜。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种复合结构菲涅尔透镜，由钢化平板超白玻璃、粘结层和硅胶层顺序连接构成，硅胶层的外表面形成菲涅尔齿形面，该菲涅尔齿形面由多个齿形同心圆环或断环组成，各环的齿形截面均呈直角三角形，直角三角形一直角边垂直于菲涅尔透镜的上表面即太阳光的入射面，斜边所在的面形成太阳光的折射面。
所述的钢化平板超白玻璃的厚度为3-5mm，双面都为光洁面；所述的粘结层的厚度小于0.1mm；所述的硅胶层的厚度不大于1mm。
所述的菲涅尔齿形面中各齿形的折射面的倾斜角度由中心向外逐环增加。
所述的菲涅尔齿形面的多个齿形同心圆环或断环的齿形包括两种类型，靠内部分的多个齿形同心圆环的各齿形等宽不等高，并且齿形的高度由内向外逐环增加；靠外部分的多个齿形同心圆环或断环的齿形等高不等宽，并且齿形的宽度由内向外逐环减小；靠内部分的最外环的齿形高度与靠外部分的齿形高度相同。
所述的靠内部分的多个齿形同心圆环的各等宽齿形的宽度为0.8-1.2mm，所述的靠外部分的多个齿形同心圆环或断环的各等高齿形的高度为0.4-0.7mm。
所述的粘结层的折射率与硅胶层的折射率相同或者相近。
本发明复合结构菲涅尔透镜由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，具有以下的优点和和特点：
1.本发明采用钢化玻璃为基体，具有非常好的耐候性。并且表面硬度高，具有良好的耐风沙能力。
2.由于采用钢化玻璃为基体，可以轻易制造超过2平米的透镜阵列。相比PMMA透镜单元或者阵列，易于封装。
3.由于采用钢化玻璃为基体，材料成本低。
4.本发明中的硅胶层厚度薄，有利于节约材料，降低产品的成本。
5.本发明中的硅胶层厚度薄，有利于提高产品的光学透过率。
6.本发明中的硅胶层厚度薄，有效降低了硅胶产品本身透过率下降，而带来的产品光学透过率下降。
7.本发明中的菲涅尔齿的齿形呈直角三角形，没有脱模角度，从而提高了透镜的光学效率。
8.本发明中的菲涅尔齿分2部分设计，靠内部分的齿形等宽不等高并且齿形较宽，具有较少的齿数，每个菲涅尔齿的齿尖和齿根都无法做到完全的尖角，因此这部分为不透光部分。菲涅尔齿数的减少能提供透镜的效率。
9.本发明中的菲涅尔齿分2部分设计，靠外部分的齿形等高不等宽，限定了齿的深度，减少了由于硅胶变形带来的透镜效率的下降，又最大的减少菲涅尔齿数，从而有效提高了硅胶透镜的效率。
10.本发明中的菲涅尔齿的靠外部分的齿形设计为等高，使得这部分的齿尖和齿根分别在同一个面上，有利于硅胶透镜阵列的生产工艺。
附图说明
图1是本发明复合结构菲涅尔透镜的平面结构示意图；
图2是本发明复合结构菲涅尔透镜的局部剖视结构示意图；
图3是本发明复合结构菲涅尔透镜的齿形结构示意图；
图4是由本发明复合结构菲涅尔透镜组成的3*3阵列示意图。
具体实施方式
参见图1、图2，本发明的复合结构菲涅尔透镜，由钢化平板超白玻璃1、粘结层2和硅胶层3顺序连接构成，硅胶层3的外表面形成菲涅尔齿形面，该菲涅尔齿形面由多个齿形同心圆环31或断环32组成，各环的齿形截面均呈直角三角形33，直角三角形一直角边331垂直于菲涅尔透镜的上表面即太阳光的入射面，斜边332所在的面形成太阳光的折射面。
本发明中的钢化平板超白玻璃的厚度为3-5mm，双面都为光洁面；粘结层的厚度小于0.1mm；硅胶层的厚度不大于1mm。
本发明中的菲涅尔齿形面中各齿形的折射面的倾斜角度由中心向外逐环增加。
配合参见图3，本发明中的菲涅尔齿形面的多个齿形同心圆环或断环的齿形包括两种类型，靠内部分的多个齿形同心圆环的各齿形等宽不等高，并且齿形的高度由内向外逐环增加；靠外部分的多个齿形同心圆环或断环的齿形等高不等宽，并且齿形的宽度由内向外逐环减小；靠内部分的最外环的齿形高度与靠外部分的齿形高度相同。其中，靠内部分的多个齿形同心圆环的各等宽齿形的宽度为0.8-1.2mm，靠外部分的多个齿形同心圆环或断环的各等高齿形的高度为0.4-0.7mm。
本发明中的粘结层的折射率与硅胶层的折射率相同或者相近。
本发明的复合结构菲涅尔透镜可以由多个单元紧密排列组成大于2*2的任意阵列，如图4为3*3阵列示意图。
Claims (2)
1.一种复合结构菲涅尔透镜，由钢化平板超白玻璃、粘结层和硅胶层顺序连接构成，硅胶层的外表面形成菲涅尔齿形面，该菲涅尔齿形面由多个齿形同心圆环或断环组成，各环的齿形截面均呈直角三角形，直角三角形一直角边垂直于菲涅尔透镜的上表面即太阳光的入射面，斜边所在的面形成太阳光的折射面；
其特征在于：所述的钢化平板超白玻璃的厚度为3-5mm，双面都为光洁面；所述的粘结层的厚度小于0.1mm；所述的硅胶层的厚度不大于1mm；
所述的菲涅尔齿形面中各齿形的折射面的倾斜角度由中心向外逐环增加；
所述的菲涅尔齿形面的多个齿形同心圆环或断环的齿形包括两种类型，靠内部分的多个齿形同心圆环的各齿形等宽不等高，并且齿形的高度由内向外逐环增加；靠外部分的多个齿形同心圆环或断环的齿形等高不等宽，并且齿形的宽度由内向外逐环减小；靠内部分的最外环的齿形高度与靠外部分的齿形高度相同。
2.如权利要求1所述的复合结构菲涅尔透镜，其特征在于：所述的靠内部分的多个齿形同心圆环的各等宽齿形的宽度为0.8-1.2mm，所述的靠外部分的多个齿形同心圆环或断环的各等高齿形的高度为0.4-0.7mm。
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