CN111637645A - 玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能中应用 - Google Patents
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Abstract
能够生产出低成本的玻璃线性菲涅尔透镜是关键，再利用透镜聚光原理，将缩减了尺寸的太阳能电池放置在面积较小的聚焦面上，可以发与透镜面积相当的电量，节省了太阳能电池板版面。再利用极其简单的平行四边形连杆机构实现多机联动，在经度上跟踪太阳，发更多电量。用在热水热汽产生器上效率也会高。
Description
技术领域：
本发明属于菲涅尔透镜技术领域，具体涉及玻璃透镜的制作方法及在太阳能中的应用。
技术背景
大多菲涅尔透镜都由塑料压制成或通过超白玻璃有机硅复制而成。还没有直接利用浮法平板玻璃生产线加压花技术，生产玻璃菲涅尔透镜的。从今年开始，太阳能平板电池没有了政府补贴，因此竞争更加激烈，主要竞争点在提高发电效率和降低成本上。其实还有其他方法可进一步提高太阳能平板电池的性价比。
发明内容
本发明的目的是：直接利用浮法平板玻璃生产线加辊轴压花技术，制作环境适应性好，成本低的玻璃线性菲涅尔透镜。再根据透镜聚焦原理，穿越上一个面积较大的聚焦面的光能量与穿越下一个面积较小的聚焦面的光能量是一样的。因此可以在不同的聚焦面上，放置缩减尺寸的太阳能平板电池，其发电效果是相同的。允许缩小太阳能电池板尺寸发同等电量就是降成本。再加上利用平行四边形连杆机构，在经度方向实现多级联动跟踪太阳，增加不了多少成本，却大大提高了整个系统的发电效率。
本发明的玻璃线性菲涅尔透镜的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：按设计要求确定透镜直径、焦距、玻璃折射系数，参照专利(201810867584.0)“十米直径的菲涅尔透镜系统”中所载相应公式，计算出图1所示的菲涅尔透镜所有数据，并转换成相应的阴模数据。
步骤二：找相应工厂订制一对合适规格的雕花用的辊轴毛坯，其中一个毛坯要用卧式数控车床进行切削加工，此时要把阴模数据注入数控车床，由其加工出图1所示线性菲涅尔透镜压花阴模。另一个毛坯用数控车床加工成水平光面，不要压花。
步骤三：把加工好的一对雕花辊轴安装在浮法玻璃生产线上，按所需菲涅尔透镜玻璃厚度调整好双轴间距，同时要求雕过花的辊轴要放在光面辊轴的上方，压出来的玻璃花面是朝上、光面在下。这正好与常规的光面朝上相反，光面朝上有利于后续的玻璃裁切工序。因此要求改装玻璃裁切这道工艺。而玻璃花面朝上是为了保护菲涅尔透镜中诸多小尖尖不变形。因为压花过程，实际是玻璃由高温流动态向常温固化态转变过程的中间的压制定型环节。这期间要在中空的辊轴中注入冷却水，仔细调控冷却水的流量，迫使玻璃逐渐进入边冷却边定型状态。刚脱离压模的玻璃还没有完全固化，小尖尖特别怕压变形。
步骤四：刚脱离压模没有完全固化的玻璃，还要走完百米长的由旋转滚轴组成的水平流水线，达到自然状态下逐渐降温，最后固化的目的。
步骤五：将固化的压花玻璃裁切成符合尺寸的成品并码堆入库。
本发明玻璃线性菲涅尔透镜应用在太阳能电池板上：结合附图，讲解使用菲涅尔透镜后，如何节省太阳能电池板版面而发等量电。
如图2a所示，根据透镜聚光原理，穿越上一个面积较大聚焦面的光能量与穿越下一个面积较小的聚焦面的光能量是一样的。这就为缩窄太阳能电池板版面发同等电量创造了条件。图2b为使用玻璃线性菲涅尔透镜之后的太阳能电池板，图中1为框架结构，2为玻璃线性菲涅尔透镜，其聚焦线为水平取向。3为放置在聚焦面上的较大面积的太阳能电池板，其面积是玻璃透镜的1/2。4为放置在聚焦面上较小面积的太阳能电池板，其面积是玻璃透镜的1/4，较小面积上聚集了四倍太阳能。若使用小面积太阳能电池板就得考虑太阳能电池的耐温问题，成本合适时可加散热器。
进一步应用平行四边形连杆机构，在经度上实现多机联动跟踪太阳发更多的电：图3示出平行四边形连杆机构，图中5为线性菲涅尔透镜，这里聚焦线为垂直纸面取向，6为缩窄了的太阳能电池板，可采用冲压成型的铁皮三角形盖板及侧面簿铁皮封闭整个三角形箱体，起保护太阳能电池作用；7为整机框架，8为平行四边形连杆，9为可旋转机构，凡图上大黑点都是，10是扇面齿轮，它也是平行四边形连杆机构的组成部分，由它带动连杆8，使多机联动朝向太阳，发更多的电，11是步进电机，由它带动扇面齿轮旋转，步进电机的控制程序，要根据当地跟踪太阳运行轨迹而固化下来；由于太阳在纬度方向变化比较慢，要想省钱可以人工操作液压顶杠，抬放整机框架的倾角跟踪太阳；或选一个合适的仰角固定整机框架，对垂直取向的线性菲涅尔系统来说发电损失不大。
本发明玻璃线性菲涅尔透镜应用在热水热气产生器上，可按图4所示来布设，图中15为玻璃线性菲涅尔透镜；16为一对有玻璃插槽的铝型材；17为冲压铁皮三角盒盖，上下一盖就固定了框架，整个三角框架可以围着轴旋转；如感觉框架不够稳固，可按图中19增加两根钢丝加强筋；图中18为热交换管及有缺口的保温管，保温管跟着框架旋转，其缺口一直对着阳光，框架旋转轴就设在热交换管上下两头；图中12、13为上下两棑整机框架，上棑搭载热交换管的冷水入口管，下棑搭载热交换管的热水热气出口管；图中14为平行四边形连杆机构的拉动框架，拉动此框架便能跟踪太阳。
图5为太阳能热水热气原理框图，图中20为热交换管，图中 21、22分别是温度传感器和温控水阀，有阳光照射热交换管时，管内温度上升达到设定温度时温控水阀打开，通过入水口23向热交换管注水，无阳光照射热交换管时，管内温度下降至设定温度时温控水阀自动关闭，断水后热交换管内的存水将自动流入保温箱25，空空的热交换管就不会发生因冰冻而破裂，当然保温箱25设置高度应低于热交换管。图中26为正常热水出口，若用汽则从28中取汽。图中27为备用补水口。
附图说明
图1为线性菲涅尔透镜阴阳模数据转换示意图
图2为利用透镜聚光原理缩减太阳能电池板版面示意图
图3为利用平行四边形连杆机构实现多机联动跟踪太阳示意图
图4多机联动的太阳能热水热气产生器示意图
图5太阳能热水热气产生器原理框图
具体实施方式
首先获得玻璃线性菲涅尔透镜：利用现有的用于生产覆盖在太阳能电池上的超白玻璃生产线，只要装上符合线性菲涅尔透镜设计要求的压花辊轴，并对裁切玻璃的工序稍加改造，就可改为生产玻璃线性菲涅尔透镜。所生产玻璃线性菲涅尔透镜成本与原先的成本相差无几。为了减小大风对太阳能电池板的破坏力，我们把玻璃线性菲涅尔透镜做成窄条形，也就是设计时选好直径、焦距等参数，使宽度约3米的原有流水线能容纳下几条并列的线性菲涅尔透镜，每条线性菲涅尔透镜的宽度为零点几米至壹点几米。
再根据所得的线性菲涅尔透镜的宽度和长度，按图3设计出装玻璃框架及其余部分。然后依照所选太阳能电池的耐温程度，选合适位置放置太阳能电池。可采用冲压成型的铁皮三角形盖板及侧面簿铁皮封闭整个三角形箱体，起保护太阳能电池作用。为减小旋转阻力，转轴部分要用轴承，这样带动平行四边形连杆机构实现多机联动在经度方向跟踪太阳的步进电机功率就小。由于太阳在纬度方向变化比较慢，要想省钱可以人工操作液压顶杠抬放整个框架跟踪太阳。或选一个合适的仰角固定整个框架，对垂直取向的线性菲涅尔系统来说发电损失不大。
Claims (1)
1.一种玻璃线性菲涅尔透镜的制作方法及其应用，由玻璃线性菲涅尔透镜的制作方法、玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能平板电池中应用、玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能热水热气产生器中应用组成
其特征在于：
a.玻璃线性菲涅尔透镜的制作方法：
步骤一：按设计要求确定透镜直径、焦距、玻璃折射系数，参照专利(201810867584.0)“十米直径的菲涅尔透镜系统”中所载相应公式，计算出图1所示的菲涅尔透镜所有数据，并转换成相应的阴模数据；为了减小大风对太阳能电池板的破坏力，我们把玻璃线性菲涅尔透镜做成窄条形，也就是设计时选好直径、焦距等参数，使宽度约3米的玻璃流水线能容纳下几条并列的线性菲涅尔透镜，每条线性菲涅尔透镜的宽度为零点几米至壹点几米；
步骤二：找相应工厂订制一对合适规格的雕花用的辊轴毛坯，其中一个毛坯要用卧式数控车床进行切削加工，此时要把阴模数据注入数控车床，由其加工出图1所示线性菲涅尔透镜压花阴模；另一个毛坯用数控车床加工成水平光面，不要压花；
步骤三：把加工好的一对雕花辊轴安装在浮法玻璃生产线上，按所需菲涅尔透镜玻璃厚度调整好双轴间距，同时要求雕过花的辊轴要放在光面辊轴的上方，压出来的玻璃花面是朝上、光面在下；这正好与常规的光面朝上相反，光面朝上有利于后续的玻璃裁切工序；因此要求改装玻璃裁切这道工艺；而玻璃花面朝上是为了保护菲涅尔透镜中诸多小尖尖不变形；因为压花过程，实际是玻璃由高温流动态向常温固化态转变过程的中间的压制定型环节；这期间要在中空的辊轴中注入冷却水，仔细调控冷却水的流量，迫使玻璃逐渐进入边冷却边定型状态；刚脱离压模的玻璃还没有完全固化，小尖尖特别怕压变形；
步骤四：刚脱离压模没有完全固化的玻璃，还要走完百米长的由旋转滚轴组成的水平流水线，达到自然状态下逐渐降温，最后固化的目的；
步骤五：将固化的压花玻璃裁切成符合尺寸的成品并码堆入库；
b.玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能平板电池中应用：
根据透镜聚光原理，穿越上一个面积较大的聚焦面的光能量与穿越下一个面积较小的聚焦面的光能量是一样的；这就为缩窄太阳能电池板版面发同等电量创造了条件；聚焦面越小聚集的太阳能越大；若使用小面积太阳能电池板就得考虑太阳能电池的耐温问题，成本合适时可加散热器；
进一步应用平行四边形连杆机构，在经度上实现多机联动跟踪太阳发更多的电：图3示出平行四边形连杆机构，图中5为线性菲涅尔透镜，这里聚焦线为垂直纸面取向，6为缩窄了的太阳能电池板，可采用冲压成型的铁皮三角形盖板及侧面簿铁皮封闭整个三角形箱体，起保护太阳能电池作用；7为整机框架，8为平行四边形连杆，9为可旋转机构，凡图上大黑点都是，10是扇面齿轮，它也是平行四边形连杆机构的组成部分，由它带动连杆8，使多机联动朝向太阳，发更多的电，11是步进电机，由它带动扇面齿轮旋转，步进电机的控制程序，要根据当地跟踪太阳运行轨迹而固化下来；由于太阳在纬度方向变化比较慢，要想省钱可以人工操作液压顶杠，抬放整机框架的倾角跟踪太阳；或选一个合适的仰角固定整机框架，对垂直取向的线性菲涅尔系统来说发电损失不大；
c.玻璃线性菲涅尔透镜在太阳能热水热气产生器中应用：
可按图4所示来布设，图中15为玻璃线性菲涅尔透镜；16为一对有玻璃插槽的铝型材；17为冲压铁皮三角盒盖，上下一盖就固定了框架，整个三角形框架可以围着轴旋转；如感觉框架不够稳固，可按图中19增加两根钢丝加强筋；图中18为热交换管及有缺口的保温管，保温管跟着框架旋转，其缺口一直对着阳光，框架旋转轴就设在热交换管上下两头；图中12、13为上下两棑整机框架，上棑搭载热交换管的冷水入口管，下棑搭载热交换管的热水热气出口管；图中14为平行四边形连杆机构的拉动框架，拉动此框架便能跟踪太阳；
图5为太阳能热水热气原理框图，图中20为热交换管，21、22分别是温度传感器和温控水阀，有阳光照射热交换管时，管内温度上升达到设定温度时温控水阀打开，通过入水口23向热交换管注水，无阳光照射热交换管时，管内温度下降至设定温度时温控水阀自动关闭，断水后热交换管内的存水将自动流入保温箱25，空空的热交换管就不会发生因冰冻而破裂，当然保温箱25设置高度应低于热交换管；图中26为正常热水出口，若用汽则从28中取汽；图中27为备用补水口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200908 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |