空间聚光电池阵用拱形菲涅耳透镜的设计与分析

基于拱形菲涅耳透镜的光学原理，建立了拱形菲涅耳透镜的透镜元棱角、棱高等结构参数的计算模型以及透光率、聚光能流密度和聚焦宽度等聚光性能参数的计算模型；基于空间用拱形菲涅耳透镜算例的计算结果分别进行了平面和拱形菲涅耳透镜的结构参数变化分析及聚光性能参数影响分析。分析了太阳光线横向偏角（0。～2。）和适度失焦等因素对拱形菲涅耳透镜特性的影响。结果表明，拱形菲涅耳透镜能够有效减少透镜的聚焦宽度，提高聚光比，并显著改善横向偏角对透光率的影响；其弯曲曲率对透光率的影响不大，透光率能够保持在85．89％～87．91％。与平面菲涅耳透镜相比，当存在透镜失焦和横向偏角时，如焦距与透镜孔径宽度的比值为0．8～1．0且透镜半径与焦距之比不大于1．0，则拱形菲涅耳透镜能够保持良好的光学性能。研究结果为空间聚光太阳电池阵上应用拱形菲涅耳透镜的工程设计提供了指导。