CN104898263A - 一种柔性可折叠线聚焦匀光方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性可折叠线聚焦匀光方法，通过柔性可折叠线聚焦匀光装置实施。柔性可折叠线聚焦匀光装置包括：柔性线聚焦菲涅尔聚光装置、棱柱形二次匀光装置、可折叠可升降支架、基板、接收器；该方法包括以下步骤：A.点光源经过太阳模拟器形成平行于光轴的平行光；B.平行光经过柔性线聚焦菲涅尔透镜聚光装置聚焦成一束与光轴垂直的线性光斑；C.再经过棱柱形二次镜匀光装置将光线均匀聚焦在于基板上的接收器；D.接收器得到均匀的线性光斑。本发明的方法能够极大程度的提升接收器上接收到光的强度和光线的均匀性，如用于聚光发电系统中可提高电池的发电效率和寿命，加之本发明中聚光装置具有柔性和可折叠性，能够减小运输时装置的体积。因此，本发明的方法可用于要求高聚光强度与光线均匀性的领域。

Description

一种柔性可折叠线聚焦匀光方法
技术领域
本发明涉及一种柔性、可折叠线聚焦匀光方法，可用于要求高聚光强度与光线均匀性的领域。尤其涉及一种聚光发电系统中提高光伏电池发电效率的柔性、可折叠柱面线聚焦匀光方法。
背景技术
光学仪器与器件的光强度及均匀性一直是其品质优劣的关键指标。光强度、均匀性的提高不仅能够解决设备的硬件指标，同时也能够降低设备成本。聚光发电装置在节省电池材料、成本以及提高发电效率方面具有优势，然而也存在跟踪精度高、运输体积大、质量重、聚光均匀性差等问题。尤其聚光均匀性对太阳电池发电效率与寿命的影响至关重要，另外，聚光器的运输体积与质量是空间聚光发电系统的重要指标。这些因素制约着光学设备及聚光发电系统的快速发展，因此，柔性可折叠线聚焦匀光装置的研究与应用是非常必要的。
发明内容
本发明鉴于实现提高光线聚光倍数和均匀性，减小运输体积和跟踪精度的目的，提供了一种柔性、可折叠线聚焦匀光方法，通过柔性可折叠线聚焦匀光装置实施，将平行光经柔性柱面线聚焦菲涅尔聚光装置聚焦成平行于透镜中心线的带状光斑，再经棱柱形二次镜匀光装置的匀光作用后，投射到基板上的接收器。
本发明采用了以下技术方案：一种柔性可折叠线聚焦匀光装置，包括柔性线聚焦菲涅尔聚光装置、棱柱形二次匀光装置、可折叠可升降支架、基板、接收器。
整体安装关系：柔性线聚焦菲涅尔聚光装置的两端分别固定在可折叠支架上，棱柱形二次匀光装置的光入口朝上平行于线聚焦菲涅尔聚光装置的中心线，接收器固定于基板上二次镜匀光装置出射光线形成的光斑处。
所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置为柔性、可折叠的柱面形线聚焦菲涅尔透镜，具有折叠a和展开b两个状态。
所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置内表面具有连续的不规则等圆弧的锯齿形小棱镜，能够将入射光线聚焦成平行于透镜中心线的带状焦斑。
所述的可折叠可升降支架可对向折叠，并可根据柔性线聚焦菲涅尔聚光装置焦距的大小调节升降。
所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置与可折叠可升降支架均可折叠。在运输过程中，柔性线聚焦菲涅尔透镜处于折叠状态a，支架与透镜贴附于基板上；支架展开时，柔性线聚焦菲涅尔透镜处于展开状态b。
所述的棱柱形二次匀光装置为侧面为梯形的棱柱体，所设置的角度能够保证入射光线经反射后汇集到基板上的接收器。
所述的展开状态下柔性线聚焦匀光方法包括以下步骤：
A.点光源经过太阳模拟器形成平行于光轴的平行光；
B.平行光源经展开的线聚焦菲涅尔聚光装置内部小棱镜c的折射，光线聚焦为平行于线聚焦菲涅尔透镜母线的焦线光斑
C.再经过棱柱形二次镜匀光装置将光线均匀聚焦于基板上的接收器；
D.接收器上得到均匀的线性光斑。
效果：本发明的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置，具有折叠与展开两个状态。在运输过程中，柔性线聚焦菲涅尔聚光装置处于折叠状态，能够较小运输体积；支架展开时，平行光线经柔性线聚焦菲涅尔聚光装置与棱柱形二次匀光装置后，能够提高光线聚光倍数和均匀性。本发明通过柱面线聚焦菲涅尔聚光装置、二次镜的折射与反射原理，保证接收器上接收到形成光强均匀的带状光斑。
附图说明
图1是本发明柔性可折叠线聚焦匀光方法的结构示意图。
图2是本发明柔性线聚焦菲涅尔聚光方法的结构示意图。
图3是本发明可折叠可升降支架的结构示意图。
图4是本发明柔性柱面线聚焦菲涅尔透镜支架的折叠状态示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明提供一种柔性可折叠线聚焦匀光方法，包括平行光源（1）、柔性线聚焦菲涅尔透镜（2）、棱柱形二次匀光装置（3）、可折叠可升降支架（4）、接收器（5）、基板（6）。
整体安装关系：柔性线聚焦菲涅尔聚光装置的两端分别固定在可折叠支架（4）上，棱柱形二次匀光装置（3）的光入口朝上平行于线聚焦菲涅尔聚光装置（2）的中心线，接收器（5）固定于基板（6）上二次镜匀光装置（3）出射光线形成的光斑处。参见图2，本发明中柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）内表面具有连续的不规则等圆弧的锯齿形小棱镜，能够将入射光线聚焦成平行于柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）中心线的带状焦斑。
参见图1、图3与图4，。其中聚光装置为柔性线聚焦菲涅尔透镜（2），支架为可折叠、可升降支架（4），因此，在运输和发电两种情况下，该装置分别具有折叠a和展开b两种状态；运输过程，处于折叠状态a柔性线聚焦菲涅尔透镜与支架折叠且贴附于基板表面，能够减小装置的体积；处于展开状态b时，首先通过太阳模拟器将平行光源(1)置于柔性线聚焦菲涅尔透镜(2)上，然后通过线聚焦菲涅尔透镜中每个小棱镜c折射后，形成平行于透镜母线的聚焦带状区域，即线聚焦菲涅尔透镜将光线聚焦成线性带状光斑；光束再经棱柱形二次匀光装置（3）在接收器（5）上形成光强均匀的带状光斑。由于光线在棱柱形二次匀光装置（3）内表面进行全反射，能够补偿经过线聚焦菲涅尔透镜的光存在不均匀性，从而使基板上接收器能够接收到均匀的带状光斑。
综上所述，以上仅为本发明的较优实施方法，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明的原则下，做出的任何修改、等同替换，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性可折叠线聚焦匀光方法，其特征在于：该方法通过柔性可折叠线聚焦匀光装置实施，柔性可折叠线聚焦匀光装置包括柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）、棱柱形二次匀光装置（3）、可折叠可升降支架（4）、接收器（5）、基板（6）；柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）内表面具有连续的不规则等圆弧的锯齿形小棱镜。
2.如权利要求1所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）的整体安装关系为柔性线聚焦菲涅尔聚光装置的两端分别固定在可折叠支架（4）上，棱柱形二次匀光装置（3）的光入口朝上平行于线聚焦菲涅尔聚光装置（2）的中心线，接收器（5）固定于基板（6）上二次镜匀光装置（3）出射光线形成的光斑处。
3.如权利要求1所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）为柔性、可折叠的柱面线聚焦菲涅尔透镜，具有折叠a和展开b两个状态。
4.如权利要求1所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）内表面具有连续的不规则等圆弧的锯齿形小棱镜，能够将入射光线聚焦成平行于柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）中心线的带状焦斑。
5.如权利要求1所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的可折叠可升降支架（4）可以对向折叠，并且可根据柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）焦距的大小调节升降。
6.如权利要求3与4所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的柔性线聚焦菲涅尔聚光装置（2）与可折叠可升降支架（4）可折叠、可升降；在运输过程中，柔性线聚焦菲涅尔透镜（2）处于折叠状态a，支架（4）与透镜（2）贴附于基板上；支架展开时，柔性线聚焦菲涅尔透镜（2）处于展开状态b。
7.如权利要求1所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的棱柱形二次匀光装置（3）为侧面为梯形的棱柱体，所设置的角度能够保证入射光线经反射后汇集到基板上（6）的接收器（5）。
8.如权利要求1所述的柔性可折叠线聚焦匀光装置，其特征在于所述的展开状态b下柔性线聚焦匀光方法包括以下步骤：
A.点光源经过太阳模拟器形成平行于光轴的平行光（1）；
B.平行光源（1）经展开的线聚焦菲涅尔聚光装置（2）内部小棱镜c的折射，光线聚焦为平行于线聚焦菲涅尔透镜母线的焦线光斑；
C.再经过棱柱形二次镜匀光装置（3）将光线均匀聚焦在基板上的接收器（5）；
D.接收器（5）上得到均匀的线性光斑。
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