CN105403986A - 一种多焦点大口径太阳能聚光镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能光热设备的技术领域，具体涉及一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，聚光镜镜片由光束汇聚焦点不同的六片菲涅尔透镜组成；所述六片菲涅尔透镜包括菲涅尔透镜D(4)，菲涅尔透镜E(5)，菲涅尔透镜F(6)分别与菲涅尔透镜A(1)，菲涅尔透镜B(2)，菲涅尔透镜C(3)以主轴对称分布，均为线性菲涅尔透镜；太阳光入射面为菲涅尔镜片的平滑面。本发明作为太阳能光热发电系统的聚光设备，在大口径长焦距的条件下，太阳光的色散情况十分明显，该聚光镜主要收集热效应较强的红橙黄波段，即波长范围为577nm～770nm的光波。该发明具有聚光口径、聚光比大，集热效率、总集热能量高的优点。

Description

一种多焦点大口径太阳能聚光镜
技术领域
本发明涉及太阳能光热设备的技术领域，具体涉及一种多焦点大口径太阳能聚光镜。
背景技术
随着经济和科学技术的发展，能源短缺和环境污染带来的一系列问题呼吁并开发可再生能源。许多国家出于自身战略考虑都将目光投向清洁无污染的新能源：核能、风能、地热能、潮汐能以及太阳能等等。很显然太阳能是可再生能源中分布最广，取用最方便，储量最丰富的一种清洁能源。
但是，太阳能同样具有能流密度小，光照过程不连续等问题，使得太阳能的利用具有间歇性、方向性和强度随时间变化等问题，这对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。因此必须改善现有技术、降低装置成本，提高利用率是太阳能利用中亟待解决的关键问题。太阳能的收集方法有很多，包括光热收集、光电收集、光化收集等等，收集的主要功能是将太阳能辐射转变为可利用的能形式。
太阳能聚光器是一种将太阳能通过透镜或其他方式聚集起来增加能流密度以提高利用效率的技术。它配合太阳跟踪技术以及高效的光热、光电、光化等能量转化技术为高倍聚焦发电提供了可能，这种综合系统大大节约了太阳能使用的成本，提高了太阳能的利用率。
太阳能聚光器按聚光方式可分为透射式聚光和反射式聚光，这两种聚光器在各自的领域有着不同应用，目前应用于高倍聚焦太阳能发电的一般为透射式聚光器，在透射式聚光器中又以菲涅尔聚光器应用最为广泛。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明旨在提供一种多焦点大口径太阳能聚光镜。
为实现该技术目的，本发明的方案是：一种多焦点大口径太阳能聚光镜，它包括六片不同焦距的菲涅尔透镜组合而成；该聚光镜主要收集热效应较强的红、橙、黄波段，即波长范围为577nm～770nm的光波。该发明具有聚光口径、聚光比大，集热效率、总集热能量高等优点。
一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，聚光镜镜片由光束汇聚焦点不同的六片菲涅尔透镜组成；所述六片菲涅尔透镜均为线性菲涅尔透镜，依中轴对称排列，每片透镜的焦点均不相同；所述聚光镜镜片所选材质为聚甲基丙烯酸甲酯、PC板和玻璃中的任一种；所述六片菲涅尔透镜的齿楞等宽，均为0.85±0.5mm，整个六片菲涅尔透镜镜片的宽幅为6m；所述聚光镜以收集热效应较强的红橙黄波段为主，波长范围为577nm～770nm的光波热效应明显的红橙黄波段的聚光比大于200。
与现有的太阳能聚光镜相比，具有以下有益效果：
1、作为太阳能光热发电系统的聚光设备，在大口径长焦距的条件下，太阳光的色散情况十分明显，该聚光镜主要收集热效应较强的红橙黄波段，即波长范围为577nm～770nm的光波。该发明具有聚光口径、聚光比大，集热效率、总集热能量高的优点。
2、聚光面积大，汇聚能量高，在聚光比一定的情况下，本发明能够收集到更多的太阳能，特别对于集热温度有要求的熔盐式光热发电，该方案具有最优的设计效果。在保证聚光效率的情况下，大口径的太阳能聚光镜需要镜片的F数，即焦距口径比不小于1，此时镜片的色散效果明显。针对热效应较强的红橙黄波段，本方案的聚光比超过200，汇聚焦斑宽度在两公分左右，焦斑能量分布较为平均，避免了因局部温度过高而对集热管造成损坏。
附图说明
图1是一种多焦点大口径太阳能聚光镜示意图；
图2是聚光镜的齿楞截面图；
图3是图3是多焦点式透镜与单焦点式透镜的聚光比对比图。
图中：1-菲涅尔透镜A，2-菲涅尔透镜B，3-菲涅尔透镜C，4-菲涅尔透镜D，5-菲涅尔透镜E，6-菲涅尔透镜F。
具体实施方式
如图1所示，一种多焦点大口径太阳能聚光镜由菲涅尔透镜A1，菲涅尔透镜B2，菲涅尔透镜C3，菲涅尔透镜D4，菲涅尔透镜E5，菲涅尔透镜F6组成，六片透镜的尺寸均为960mmx960mm，材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，太阳光入射面为菲涅尔镜片的平滑面。其中菲涅尔透镜A1的中心距主轴500mm，像方焦平面位于像方5028.3789mm，焦点偏离主轴-0.2105mm。菲涅尔透镜B2的中心距主轴1500mm，像方焦平面位于像方5028.3789mm，焦点偏离主轴-10.7368mm。菲涅尔透镜C3的中心距主轴2500mm，像方焦平面位于像方4976mm，焦点偏离主轴10mm。菲涅尔透镜D4，菲涅尔透镜E5，菲涅尔透镜F6分别与菲涅尔透镜A1，菲涅尔透镜B2，菲涅尔透镜C3以主轴对称分布。
具体的如图2所示，菲涅尔透镜的厚度D＝3mm，齿楞宽度d＝0.85mm，齿楞高度由公式1、公式2联立得出，其中i为齿楞序号；
公式1：h＝0.85xr/(nx(r^2+f^2)^0.5-f)；
公式2：r＝r0+0.85x(i-1)；
对于菲涅尔透镜A，n＝1.489，r0＝20.6355，f＝5028.3789。对于菲涅尔透镜B，n＝1.489，r0＝1031.1618，f＝5028.3789。对于菲涅尔透镜C，n＝1.4895，r0＝2010.425，f＝4976。如图3所示，在热效应较强的红橙黄波段(波长范围577nm～770nm)，本发明所述的多焦点式太阳能聚光镜较之传统的单焦点式太阳能聚光镜，在聚光比方面有了明显提升。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，聚光镜镜片由光束汇聚焦点不同的六片菲涅尔透镜组成，均为线性菲涅尔透镜；所述六片菲涅尔透镜由菲涅尔透镜A1，菲涅尔透镜B2，菲涅尔透镜C3，菲涅尔透镜D4，菲涅尔透镜E5，菲涅尔透镜F6组成，所述菲涅尔透镜D(4)，菲涅尔透镜E(5)，菲涅尔透镜F(6)分别与菲涅尔透镜A(1)，菲涅尔透镜B(2)，菲涅尔透镜C(3)以主轴对称分布，；太阳光入射面为菲涅尔镜片的平滑面。
2.根据权利要求1所述的一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，所述聚光镜镜片所选材质为聚甲基丙烯酸甲酯、PC板和玻璃中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，所述六片菲涅尔透镜的齿楞等宽，均为0.85±0.5mm，整个六片菲涅尔透镜镜片的宽幅为6m。
4.根据权利要求1所述的一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，所述聚光镜以收集热效应较强的红橙黄波段为主，波长范围为577nm～770nm的光波热效应明显的红橙黄波段的聚光比大于200。
5.根据权利要求1所述的一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，所述六片菲涅尔透镜的尺寸均为960mmx960mm。
6.根据权利要求1所述的一种多焦点大口径太阳能聚光镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜A(1)的中心距主轴500mm，像方焦平面位于像方5028.3789mm，焦点偏离主轴-0.2105mm；所述菲涅尔透镜B(2)的中心距主轴1500mm，像方焦平面位于像方5028.3789mm，焦点偏离主轴-10.7368mm；所述菲涅尔透镜C(3)的中心距主轴2500mm，像方焦平面位于像方4976mm，焦点偏离主轴10mm。
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