CN204065444U - 光斑能量均匀化菲涅尔透镜 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种光斑能量均匀化菲涅尔透镜。该光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由多个相同的单元菲涅尔透镜拼接而成；所述单元菲涅尔透镜的透镜面刻录了由小到大的同心圆弧，所述透镜面为多边形，包括第一边、第二边和第三边；所述第二边的两个端点分别与第一边和第三边连接，所述第二边经过单元菲涅尔透镜透镜面同心圆弧的圆心；所述第一边和第三边关于直线L对称，所述直线L垂直于第二边且经过同心圆弧的圆心。本实用新型所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜可以大幅度降低菲涅尔透镜光斑能量的不均匀度，显著提升光斑的质量，使太阳能电池接收到均匀辐照，产生的横向电流少，降低太阳能电池内部消耗，进而提高太阳能电池的输出能力。

Description

光斑能量均匀化菲涅尔透镜
技术领域
本实用新型涉及一种透镜，特别涉及一种光斑能量均匀化菲涅尔透镜。
背景技术
太阳能具有清洁、无资源地域限制、对人类来说永无枯竭等优良特性，越来越受到人们的青睐，其中太阳能光伏利用即太阳光通过光伏器件直接转换成电能的技术尤其引人注目。
目前，一个完整的聚光光伏发电系统主要包括聚光太阳电池组件、太阳跟踪器、电能存储或逆变设备等几部分。聚光太阳电池组件作为光电转换部件，主要由透射式或反射式聚光器和安装有光伏电池晶片的电路板所组成。使用时通过太阳跟踪器使聚光透镜基本正对阳光照射方向，然后通过这些聚光透镜分别将太阳光汇聚并投射到电路板上与各个聚光透镜相对应的光伏电池晶片的接收面上，从而使各个光伏电池晶片中产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。
中国发明专利CN 101640502 B公开了一种用于组装聚光器光电太阳能电池阵列的方法，其公开的聚光太阳电池组件采用的是点聚光菲涅尔透镜，极具代表性，已广泛应用于太阳能光伏，光热系统中。然而现有的菲涅尔透镜光斑不均匀，使太阳能电池接收到不均匀辐照，产生横向电流，增加太阳能电池内部消耗，温度升高，降低了太阳能电池的输出能力，而辐照不均匀度越大，横向电流越大，这种不良影响会更加严重。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种光斑能量均匀化菲涅尔透镜。该光斑能量均匀化菲涅尔透镜可以大幅度降低菲涅尔透镜光斑能量的不均匀度，显著提升光斑的质量。
为了实现上述发明目的，本实用新型提供了以下技术方案：
本实用新型所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜，是由多个相同的单元菲涅尔透镜拼接而成；所述单元菲涅尔透镜的透镜面刻录了由小到大的同心圆弧，所述透镜面为多边形，包括第一边、第二边和第三边；所述第二边的两个端点分别与第一边和第三边连接，所述第二边经过单元菲涅尔透镜同心圆弧的圆心；所述第一边和第三边关于直线L对称，所述直线L垂直于第二边且经过同心圆弧的圆心。
传统的菲涅尔透镜只有一个焦点。而本实用新型所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由多个单元菲涅尔透镜拼接而成的，多个单元菲涅尔透镜分别聚焦，且其焦点不重合，亦即是说相当于多个焦点，可以使太阳能电池接收到均匀辐照，产生的横向电流少，降低太阳能电池内部消耗，进而提高太阳能电池的输出能力。
优选地，所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由多个单元菲涅尔透镜的第二边依次首尾连接拼接而成。通过以上优选，单元菲涅尔透镜的最小同心圆弧互相靠近，减小多个分散焦点之间的距离，从而更好地降低菲涅尔透镜光斑能量的不均匀度。
优选地，所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由四个相同的单元菲涅尔透镜拼接而成。所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜可以由多个相同的单元菲涅尔透镜的第二边依次首尾连接拼接而成，但以四个相同的单元菲涅尔透镜的第二边依次首尾连接拼接而成为佳。
优选地，所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜透镜面刻录的最小同心圆弧为半圆；所述第二边与半圆的弦完全重合。通过以上优选，可以进一步降低光斑能量均匀化菲涅尔透镜光斑能量的不均匀度。
优选地，所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜的透镜面为五边形，所述五边形的形状为缺角正方形，所述第二边位于缺角正方形的缺角处。将单元菲涅尔透镜设计成缺角正方形，便于光斑能量均匀化菲涅尔透镜的拼接，可以获得更佳的光斑能量均匀度。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜，其光斑由传统的一个变为多个，同时多个单元菲涅尔透镜采用第二边首位连接的方式拼接，减小多个分散焦点之间的距离，显著地降低了菲涅尔透镜光斑能量的不均匀度，提高其光斑质量。
(2)本实用新型所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜可以使透镜光斑能量的不均匀度从90％左右降低到30％左右，大幅度降低菲涅尔透镜能量的不均匀度，显著提升光斑的质量，使太阳能电池接收到均匀辐照，产生的横向电流少，降低太阳能电池内部消耗，进而提高太阳能电池的输出能力。
附图说明
图1为实施例1所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜的主视图。
图2为实施例1所述单元菲涅尔透镜的主视图。
图3为实施例1所述单元菲涅尔透镜的切割示意图。
图4是传统菲涅尔透镜聚焦后光斑在水平投影面上的能量分布图。
图5是图4的能量剖面图。
图6是实施例1所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜聚焦后光斑在水平投影面上的能量分布图。
图7是图6的能量剖面图。
图中标记：1-光斑能量均匀化菲涅尔透镜，2-单元菲涅尔透镜，3-第一边，4-第二边，5-第三边，6-半圆形菲涅尔透镜，7-切割线。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
实施例1
本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜1的示意图如图1所示。它是由四个相同的单元菲涅尔透镜2(如图2所示)拼接而成；所述单元菲涅尔透镜2的透镜面刻录了由小到大的同心圆弧，所述透镜面为五边形(形状是缺角正方形)，包括第一边3、第二边4和第三边5；所述第二边4的两个端点分别与第一边3和第三边5连接；所述透镜面最小的同心圆弧为半圆，所述第二边4与半圆的弦完全重合；所述第一边3和第三边5关于直线L对称，所述直线L垂直于第二边4且经过透镜面同心圆弧的圆心。所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜1是由四个单元菲涅尔透镜2的第二边4按照首尾连接的方式拼接而成。
为了便于更好的理解本实用新型，所述单元菲涅尔透镜2可以从半圆形菲涅尔透镜6上切割得到，且切割示意图如图3所示，包括以下步骤：
(1)将圆形菲涅尔透镜(直径为300mm，其最小同心半圆的直径为5mm)沿同心圆的直径平均分为两个半圆形的菲涅尔透镜6；
(2)在步骤(1)所得半圆形菲涅尔透镜6上切割得到一个单元菲涅尔透镜2，所述单元菲涅尔透镜2的透镜面为五边形(五边形的形状是缺角正方形)，包括第一边3、第二边4和第三边5；所述第二边4的两个端点分别与第一边3和第三边5连接，所述第二边4与半圆形菲涅尔透镜6的直线边在同一直线上且所述第二边4经过半圆形菲涅尔透镜6同心半圆的圆心；所述第一边3和第三边5关于直线L对称，所述直线L垂直于第二边4且经过半圆形菲涅尔透镜6同心半圆的圆心。所述单元菲涅尔透镜2的边长(即缺角正方形的最长边)与半圆形菲涅尔透镜6最大同心圆弧半径的长度比为1:3。
图4是传统菲涅尔透镜(即未切割前的圆形菲涅尔透镜)聚焦后光斑在水平投影面上的能量分布图；图5是图4的能量剖面图。图6是本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜聚焦后光斑在水平投影面上的能量分布图；图7是图6的能量剖面图。由图4和5可以看出，传统菲涅尔透镜光斑的能量分布不均匀，光斑质量差。由图6和图7可以看出，本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜光斑的能量分布均匀，光斑质量有显著的提高。结合图4～7，采用以下公式(1)计算传统菲涅尔透镜和本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜的不均匀度：
不均匀度＝(辐照最大值-辐照最小值)/(辐照最大值+辐照最小值)(1)结果得，传统菲涅尔透镜光斑的不均匀度为90％，而本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜光斑的能量不均匀度为30％。
实施例2
本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜1是由四个相同的单元菲涅尔透镜2拼接而成；所述单元菲涅尔透镜2的透镜面刻录了由小到大的同心圆弧，所述透镜面为五边形(形状是缺角正方形)，包括第一边3、第二边4和第三边5；所述第二边4的两个端点分别与第一边3和第三边5连接；所述透镜面最小的同心圆弧为半圆，所述第二边4与半圆的弦在同一直线上，所述第二边4的长度大于半圆的直径(即第二边4的长度为半圆直径的2倍)；所述第一边3和第三边5关于直线L对称，所述直线L垂直于第二边4且经过透镜面同心圆弧的圆心。所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜1是由四个单元菲涅尔透镜2的第二边4按照首尾连接的方式拼接而成。
采用实施例1所述的方法分析并计算本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜光斑的能量分布，同时以传统菲涅尔透镜做对比。结果得传统菲涅尔透镜光斑的能量不均匀度为90％，而本实施例所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜光斑的能量不均匀度为47％。

Claims (5)

1.一种光斑能量均匀化菲涅尔透镜，其特征在于：所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由多个相同的单元菲涅尔透镜拼接而成；所述单元菲涅尔透镜的透镜面刻录了由小到大的同心圆弧，所述透镜面为多边形，包括第一边、第二边和第三边；所述第二边的两个端点分别与第一边和第三边连接，所述第二边经过单元菲涅尔透镜透镜面同心圆弧的圆心；所述第一边和第三边关于直线L对称，所述直线L垂直于第二边且经过同心圆弧的圆心。
2.根据权利要求1所述的光斑能量均匀化菲涅尔透镜，其特征在于：所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由多个相同的单元菲涅尔透镜的第二边依次首尾连接拼接而成。
3.根据权利要求1所述的光斑能量均匀化菲涅尔透镜，其特征在于：所述光斑能量均匀化菲涅尔透镜是由四个相同的单元菲涅尔透镜拼接而成。
4.根据权利要求1所述的光斑能量均匀化菲涅尔透镜，其特征在于：所述单元菲涅尔透镜透镜面最小的同心圆弧为半圆，所述第二边与半圆的弦完全重合。
5.根据权利要求1所述的光斑能量均匀化菲涅尔透镜，其特征在于：所述单元菲涅尔透镜的透镜面为五边形，所述五边形的形状为缺角正方形，所述第二边位于缺角正方形的缺角处。
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