柱面菲涅耳太阳聚光透镜的光学设计和光学效率

研究了柱面线聚焦菲涅耳太阳聚光透镜的光学设计和光学效率。依据理论分析 ,对透镜参数进行了优化设计 ,成功地研制出了柱面线聚焦菲涅耳聚光透镜。还分析了透镜相对孔径 (F数 )和成型模具等因素对透镜光学效率的影响。

硅橡胶柱面菲涅耳太阳聚光透镜成型工艺研究

研究用空间级柔性透明硅橡胶材料制作线聚焦柱面菲涅耳太阳聚光透镜的成型工艺。结果表明 ,模具的精度对硅橡胶透镜的光学效率有决定性作用 ,在采用高精度拼接式模具和严格控制工艺流程的条件下 ,硅橡胶透镜光学效率可达 85

用于光伏系统新型菲涅耳线聚焦聚光透镜设计

根据边缘光线原理 ,优化设计太阳电池及光伏系统的菲涅耳线聚焦聚光透镜 .设计光学聚光率为 1 8× ,可用于空间、地面光伏系统的聚光系统 .分析了其集光角特性 ,表明该菲涅耳线聚焦棱镜具有大的集光角 (±

太阳能等照度带聚焦菲涅耳透镜研究

为了提高聚光发电时太阳电池的光电转换效率,从提高太阳电池表面会聚光强分布的均匀性入手,对传统平板型线聚焦透镜进行改进,提出一种用于聚光光伏发电的等照度带聚焦菲涅耳透镜设计方法。带聚焦菲涅耳透镜分为奇数个单元,每个单元宽度与太阳电池宽度相等,单元内所有尖劈角φ相等并将太阳辐射等宽度折射至太阳电池表面,从而实现各单元透过的太阳能等照度叠加。最大聚光比由光伏电池宽度、透镜与太阳电池间距以及透镜材料折射率决定。对带聚焦和线聚焦两种透镜聚光条件下电池表面温度分布情况进行比较分析,验证了等照度带聚焦透镜设计的可行性。

菲涅耳反射式太阳能聚光系统的三运动复合跟踪

提出了线性菲涅耳式太阳能反射聚光系统新的跟踪方式:置于接收器上方的二次聚光器配合镜场平移的同时进行旋转,与平面镜的转动组成三运动复合形式。通过镜场的整体平移减小余弦损失,提高系统整体的聚光集热效率。从理论分析和计算机模拟两个方面对这种三运动复合形式进行的研究发现,三运动系统的总余弦损失在一天中基本不变。对一个24 m2镜场的测试分析表明,在夏季晴天条件下,三运动复合系统的有效能量增加率约为5.8%,每天的能量增益达到38 MJ左右。

线性菲涅耳太阳能聚光系统

线性菲涅耳聚光反射装置是对连续抛物面聚光镜的一种离散化近似,因由法国工程师Fresnel发明而得名。线性菲涅耳太阳能热发电技术在太阳能热发电系统中非常有用,尤其是在需要安装大面积的镜场时,对成熟的槽式太阳能聚光热发电系统形成强有力的竞争。简要介绍了线性菲涅耳聚光反射装置的技术特点及发展现状。

超弹性形变线聚焦菲涅尔透镜的变焦性能研究

该文基于棱镜折射理论分析倾斜入射角对菲涅尔透镜焦距变化的影响规律,指明焦距变化的光学原因,提出采用超弹性变形调整焦距的方法,并基于小变形下的线性假设展开理论分析,通过仿真进行验证。结果表明,变形率达到15%时,焦距的伸长率约46.7%,与理论结果相较小于10%,验证了理论模型的正确性。研究结果为超弹性菲涅尔透镜的变形变焦提供了理论依据。

线聚光菲涅耳集热器的端部损失与补偿

线聚光菲涅耳集热器的端部损失对其光学性能的影响非常重要。基于南北向菲涅耳反射镜场,该文从分析入射太阳光线与反射镜单元跟踪轴线之间的夹角出发,导出了反射光线到达接收器时在南北向偏离的距离(即端部损失)的计算公式。以北纬25°01′为例计算分析了在月平均日、春分秋分日和夏至冬至日的端部损失随反射镜单元焦距、反射镜距接收器的水平距离的变化情况,并通过光线跟踪模拟实验对春分秋分日的计算结果进行验证,两者十分吻合。同时,对端部损失的补偿方法进行了探讨。该研究方法和结果对如何减少线聚光菲涅耳集热器的端部损失具有实际指导作用。

一种圆柱面线聚焦菲涅尔式太阳能中温集热系统的研究

介绍了一种利用圆柱面线聚焦菲涅尔镜组成的太阳能集热系统,该系统主要由圆柱面线聚焦菲涅尔镜、二次聚光器、太阳跟踪器、加热油箱和负载等部件组成;给出了圆柱面线聚焦菲涅尔镜的设计思路,利用注塑成型方法生产出圆柱面线聚焦菲涅尔镜,然后利用该镜搭建线聚光太阳能中温集热系统,并在实际天气下对系统性能进行测试。结果表明,在日照充分的天气下,本系统的平均集热效率约为40%,集热效果良好。

用于太阳光泵浦激光的抛物面环形阵列聚光器

为研制适用于太阳光直接泵浦激光器的聚能系统,在分析菲涅尔透镜聚光原理及缺陷的基础上,提出抛物面环形阵列聚光器的设计方法。完成了由抛物面环形阵列聚光器、菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器(CPC)组成的太阳光泵浦激光器二级聚能方案,并与传统菲涅尔透镜方案进行了对比。光线追迹仿真分析表明:新型聚光器能够克服传统菲涅尔透镜的色散、小棱镜面像差及光线遮挡的缺陷,从而提高聚能效,使用抛物面环形阵列聚光器的多级聚能方案较传统菲涅尔透镜的多级聚能方案聚光比提高约18.5%,更适合于大相对孔径、高聚光比聚光场合的应用。

高倍聚光光伏模组中三结太阳电池沿光轴方向光电性能与优化

目前,在高倍聚光光伏模组设计中,由于对菲涅耳透镜聚光后各波段的光强分布及其非均匀特性缺乏研究和认识,通常认为在菲涅耳透镜的聚光焦平面处多结太阳电池输出功率最大.本文通过光线跟踪模拟的方法,计算并分析菲涅耳透镜聚光下不同波段的光照能量分布和非均匀特性.同时,结合三结太阳电池电路网络模型,研究在高倍聚光光伏模组中,沿光轴方向不同位置处三结太阳电池的发电性能.结果表明:模组输出功率最高位置在焦平面沿光轴方向上下两侧的位置,优化后模组输出功率比常规设计提高20%以上.该模拟结果得到了实验结果的验证.

拉伸变焦线性菲涅尔聚光器集热特性研究

轻薄、光学效率高的线性菲涅尔透镜有望被广泛应用于太阳能聚光领域。然而,线性菲涅尔透镜在光线倾斜入射时焦距会变短,导致其全天有效集热时间短、集热效率低,严重阻碍了其规模化应用进程。为此,本文提出一种由超弹性透明材料制作的拉伸变焦线性菲涅尔聚光器。当光线倾斜入射时,通过力学拉伸改变透镜的棱镜结构,以此调整棱镜对光线的偏折角度,实现变焦。通过力学和光学仿真,揭示了该菲涅尔透镜在拉伸变形中的聚光特性。实际制作了开口宽度为200 mm、焦距为360 mm的菲涅尔透镜,并对其进行了实验研究。结果表明,拉伸变焦策略可将线性菲涅尔聚光集热系统的有效工作时长提高2 h以上,其全天高效聚光集热时长达6.5 h,期间的平均集热效率约为0.6。

使用菲涅耳透镜的太阳光抽运Nd:YAG激光器

太阳能是规模最大的可再生能源,为充分利用这一资源,太阳光直接抽运激光器是一种明智的选择。提出并搭建了采用两级会聚系统的太阳光抽运激光器系统。使用菲涅耳透镜作为大口径成像型第一级会聚系统,漫反射锥形聚光腔作为非成像型第二级会聚系统提高入射太阳光到工作物质的耦合效率。采用Nd:YAG晶体作为工作物质,获得了2.85 W的激光输出,从太阳光到激光的转换效率为0.43%。从菲涅耳透镜会聚效率、聚光腔内激光棒轴线上的功率分布等会聚系统方面和激光输出特性方面分析了该太阳光抽运激光器的性能;探讨了转换效率低的原因,并提出了相应的改进措施。

双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380～760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。

圆柱面菲涅耳镜太阳能集热系统研究

本文介绍了一种利用圆柱面菲涅耳镜组成的太阳能集热系统,该系统主要由菲涅耳聚光器、二次聚光器、太阳跟踪器、换热器和负载等部件组成。介绍了圆柱面菲涅耳透镜的设计思路,并采用工业化方法研制成功了0.65m×1 m的线聚焦圆弧形菲涅耳透镜,并利用该透镜搭建太阳能集热系统研究平台。在实际天气下对该系统性能进行了测试,结果表明,该系统可以实现集热温度200℃以上,在集热温度小于100℃时,中午10:00.14:00时间段,该系统的集热效率可以达到近60%,午后14:00-15:00时段,效率可以达到近38%。说明该系统在一天之内有6 h高效运行。

均匀聚光紧凑式线性菲涅耳光伏系统实验研究

本文设计了一种具有均匀聚光效果的紧凑式线性菲涅耳太阳能光伏系统,给出了紧凑式线性菲涅耳聚光器的设计方法。对完全型紧凑式线性菲涅耳聚光光伏系统进行了光学性能分析,分析结果表明,系统具有相对较高的聚光均匀性。当其他参数一定时,随着太阳电池放置高度由小变大,系统的几何聚光比和光场利用率存在最大值。对太阳光线的跟踪精度影响进行了分析,分析结果表明,使用现有太阳能跟踪装置条件下,完全型紧凑式线性菲涅耳聚光光伏系统的总相对光学效率可保持在88.5%以上。初步的光伏组件Ⅰ-Ⅴ特性测试结果表明,该聚光光伏系统的光电转换效率为15.9%。

高倍聚光的初始设备投资

从生产制造环节来看,高倍聚光的初始设备投资相对于其他光伏技术(如晶硅)是比较低的,尽管存在不同的高倍聚光设计和生产工艺路线。美国可再生能源实验室(NREL)的详细分析指出,采用菲涅耳透镜和二次光学的技术路线。

线性菲涅耳式聚光系统阴影与遮挡计算分析模型

提出了一种阴影与遮挡计算分析模型,并进行了验证。等间距布置16列反射镜,瞄准线高度为9056mm,对比了镜间距为100mm时阴影在SolTrace软件中与所提模型中的计算结果。给出了所提模型在上述条件下确定镜场布置最佳间距的实例,结果表明合理间距为331.91mm,与传统无阴影布置方法得到的330mm接近,验证了所提计算模型的正确性。该模型对于线性菲涅耳聚光镜场中的阴影与遮挡分析具有普适性,对线性菲涅耳式聚光系统的设计具有较好的指导意义。

LED信号灯二次光学设计

LED的应用范围日趋广泛 ,其相应的二次光学设计也越来越显出重要性。本文介绍了一种光学设计的思路和方法。

线性聚光太阳能热发电技术的现状及发展趋势

对比线性聚光太阳能热发电技术中的槽式和菲涅耳式热发电的基本原理,结合典型电站,分析了各型式系统的性能参数、发电效率和技术成本等指标,指出了不同技术的优势和不足。分析表明,槽式热发电技术在商业和技术上是最为成熟的一种线性聚光太阳能热发电系统,所占市场份额最大,表现出良好的实用性;菲涅耳式热发电技术通过进一步的示范项目,未来成本将进一步降低,效率也将提高。