CN108768284B - 基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，包括复眼收集曲面、复眼收集透镜阵列和光伏面板；复眼收集曲面为半球型曲面，材质为坚硬透明材料，并具有尺寸不一的圆形孔槽；圆形孔槽的规律是由复眼收集曲面的外侧至中心，圆形孔槽的直径越来越小；复眼收集透镜阵列位于复眼收集曲面内的卡槽上，并且该复眼收集透镜阵列填充了折射率随着光线入射方向变化而变化的透镜；光伏面板位于透镜复眼收集曲面的内侧焦面上。随着无人机飞行姿态调整，光线入射方向会发射重大改变，曲面结构可以增大太阳光收集面积，同时复眼收集微透镜阵列结构可以有效将两侧的太阳光进行充分利用。本发明结构简单，成本低廉，适合大面积推广。
Description
技术领域
本发明涉及新能源领域，具体涉及一种基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统。
背景技术
目前随着科技的发展，现代社会对能源的消耗已经远远超过历史上任何一个时期，甚至是有报道说目前一年的能源消耗量等于人类过去一百年所消耗能源的综合。同时化石燃料所带来的空气污染、自然环境破坏以及不可再生性等问题变得日益严重，所以对新能源的利用与开发变得非常急切。
目前科研界普遍把目光放在太阳能的开发上，因为它稳定可靠、零污染、取之不尽用之不竭。然而由于光伏面板成本高昂且易损毁，所以如何提高光收集效率和保证面板的非接触性变得很重要。传统的太阳收集器只是将比光伏面板面积大的太阳光收集起来，集中传送到光伏间，并集中照射到光伏面板上。但是就容易照成光伏面板的太阳能过度集中，温度过高，劳损率很高。另外传统的收集器体积普遍非常大，而且价格昂贵。
另外对于分布式光伏电站日常运维的无人机巡航系统而言，电力持续稳定供应非常重要，而且普通的太阳能电池板作用面积小，如果长期暴漏在外面，也容易照成损坏。因此就需要一个质量非常轻，太阳光收集效率比较高，应用性能比较稳定的太阳能收集器。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，有效对太阳光进行充分利用。
本发明提供的技术方案是：
一种基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，包括复眼收集曲面、复眼收集透镜阵列和光伏面板；所述复眼收集曲面为半球型曲面，材质为坚硬透明材料，并具有尺寸不一的圆形孔槽；所述圆形孔槽的规律是由复眼收集曲面的外侧至中心，圆形孔槽的直径越来越小；所述复眼收集透镜阵列位于复眼收集曲面内的卡槽上，并且该复眼收集透镜阵列填充了折射率随着光线入射方向变化而变化的透镜；所述的光伏面板位于透镜复眼收集曲面的内侧焦面上。
所述复眼收集曲面具有一定厚度，圆形孔槽位于复眼收集曲面的表面，且圆形孔槽是非贯通的，在圆形孔槽底部仍保留复眼收集曲面的内壁材料。
所述复眼收集透镜阵列的排布规律为由复眼收集曲面外侧至中心部分，其尺寸逐渐由大到小变化，且曲率半径逐渐增大；在复眼收集曲面中心部分的微透镜阵列的曲率半径接近无穷大。
所述复眼收集透镜阵列内部填充的折射率随着光线入射方向与该透镜的光轴角度变化而变化。
所述复眼收集透镜阵列的折射率变化规律是：当光线垂直入射时折射率最小，对光线调节能力最弱；当光线入射水平入射时，折射率最大，对光线调节能力最强；根据麦克斯韦公式，折射角度满足：
n1*sinθ1＝n2*sinθ2
其中n1和n2分表表示空气和透镜材料内部折射率，θ1和θ2分表表示入射和折射角度；在相同的n1和θ1情况下，如果n2发生变化，θ2也会随着变化。
所述复眼收集透镜阵列的材料为光子晶体结构，随着入射光线与光子晶体法线方向夹角越来越大，其折射率也会随之增大。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用复眼透镜阵列组结构，可以有效增大太阳光收集面积的同时，也对收集镜两侧的光线进行有效收集，大大增大了太阳光的收集效率。
2.本发明采用变折射率的微透镜阵列器件，可以随着入射角度变化而折射率发射变化，可以在不改变收集镜倾斜角度的情况下，收集镜收到的光线均匀洒落在太阳能面板上，而不是集中在某个点上，延长面板使用效率和增大发电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明的有无微透镜阵列的对比图。
图3为本发明的透镜材料折射率随着光线入射方向而变化图。
图中：1-为复眼收集透镜阵列，2-复眼收集曲面，3-光伏面板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，该结构包括以下部分：复眼收集曲面、复眼收集透镜阵列和光伏面板。所述的复眼收集曲面为半球型曲面，材质为坚硬透明材料，并有尺寸不一的圆形孔槽，其规律是由曲面外侧到中心部分，圆形孔槽的直径越来越小。所述的复眼收集透镜位于复眼收集曲面的卡槽上，并且该透镜为填充了折射率随着光线入射方向变化而变化的透镜。所述的光伏面板位于透镜复眼收集曲面的内侧焦面上。
如图2所示，当光线以大角度入射时，对于收集镜边界而言，如果没有微透镜阵列，光线经过收集镜之后，会如图中虚线所示，以微小的角度继续向前传播，最终落在了B点，而B点没有光伏面板，就会导致该部分太阳光被浪费掉；同理如果经过大折射率的微透镜，光线会如图中的实线所示，落在A点，而A点式有光伏面板的，就会将该部分光利用上，转化成电能，提升了太阳光的利用效率。
如图3所示，微透镜阵列所填充的物质为光子晶体结构的材料，该材质特点是当光线入射方向与光子晶体法线方向一致时，其折射率非常小，可看着普通透明材料，光线几乎可以直线穿过；随着入射角度的偏转，折射率也会随之增大，那么对光线的调制能力也就越强。
因此在无人机巡航过程中，需要不停的转换角度，那么普通的太阳能收集板可能不能适用。该发明可以满足超大太阳能入射角度的光线收集，并均匀的照射在光伏面板上，避免了太阳能浪费和局部高温等问题，适合大面积推广。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，其特征在于：包括复眼收集曲面、复眼收集透镜阵列和光伏面板；所述复眼收集曲面为半球型曲面，材质为坚硬透明材料，并具有尺寸不一的圆形孔槽；所述圆形孔槽的规律是由复眼收集曲面的外侧至中心，圆形孔槽的直径越来越小；所述复眼收集透镜阵列位于复眼收集曲面内的卡槽上，并且该复眼收集透镜阵列填充了折射率随着光线入射方向变化而变化的透镜；所述的光伏面板位于透镜复眼收集曲面的内侧焦面上。
2.根据权利要求1所述的基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，其特征在于：所述复眼收集曲面具有一定厚度，圆形孔槽位于复眼收集曲面的表面，且圆形孔槽是非贯通的，在圆形孔槽底部仍保留复眼收集曲面的内壁材料。
3.根据权利要求1所述的基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，其特征在于：所述复眼收集透镜阵列的排布规律为由复眼收集曲面外侧至中心部分，其尺寸逐渐由大到小变化，且曲率半径逐渐增大；在复眼收集曲面中心部分的微透镜阵列的曲率半径接近无穷大。
4.根据权利要求1所述的基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，其特征在于：所述复眼收集透镜阵列内部填充的折射率随着光线入射方向与该透镜的光轴角度变化而变化。
5.根据权利要求4所述的基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，其特征在于：所述复眼收集透镜阵列的折射率变化规律是：当光线垂直入射时折射率最小，对光线调节能力最弱；当光线入射水平入射时，折射率最大，对光线调节能力最强；根据麦克斯韦公式，折射角度满足：
n1*sinθ1＝n2*sinθ2
其中n1和n2分表表示空气和透镜材料内部折射率，θ1和θ2分表表示入射和折射角度；在相同的n1和θ1情况下，如果n2发生变化，θ2也会随着变化。
6.根据权利要求4所述的基于复眼结构的巡航无人机太阳能电力系统，其特征在于：所述复眼收集透镜阵列的材料为光子晶体结构，随着入射光线与光子晶体法线方向夹角越来越大，其折射率也会随之增大。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN201859887U (zh) * | 2010-08-27 | 2011-06-08 | 成都钟顺科技发展有限公司 | 复眼式聚光太阳电池组件 |
| CN102770788A (zh) * | 2010-12-01 | 2012-11-07 | 松下电器产业株式会社 | 用于会聚太阳能电池的菲涅耳蝇眼微透镜阵列 |
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