[發明專利]一種菲涅耳聚光器及其實現方法

有效

• 申請號: 200910183936.1
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101694540A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 宋賀倫;李望;茹占強;張宇翔;盧鑫;郭超;劉飛;陳雪;殷志珍;張耀輝
• 申請（專利權）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;H01L31/052
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種太陽能聚光光伏系統中的聚光裝置，尤其涉及一種應用于高倍聚光光伏模組的菲涅耳聚光器，實現針對太陽光光束均勻聚光的作用。

背景技術

目前，普遍采用的太陽能聚光器主要分為透射式結構與反射式結構，透射式聚光器分為普通透鏡式聚光器及菲涅耳式聚光器。菲涅耳式聚光器的特點是輕薄(因為用塑料制成)，并且可利用復制技術進行大批量生產，采用模具壓塑成型，這就大大降低了生產成本，而且菲涅耳透鏡由多個環帶組成，每一個環帶的曲率可以獨立控制，可以更好地校正透鏡像差。通常采用的菲涅耳透鏡均采用共焦法進行設計，即把各個環帶的焦點重合，這種采用共焦法設計的菲涅耳透鏡雖然校正了球差，但是因為色散的存在，在聚光光斑的中心處會出現能量高于周邊范圍的熱點，大大影響了聚光光斑的均勻性，這對太陽能電池的光電轉換效率以及其使用壽命式是極其不利的。

發明內容

為了解決目前采用共焦法所設計的菲涅耳透鏡聚光光斑能量不均勻的問題，本實發明提供了一種采用散焦法設計的菲涅耳透鏡及其實現方法，該透鏡不僅能夠保證聚光器的聚光比以及光能量的透過率，而且能很好地改良聚光光斑的均勻性，從而提高太陽能電池接收聚光光斑的質量。

為實現本發明的目的，一種菲涅耳聚光器，由一系列同心的環帶透鏡構成，其特征在于：所述每一個環帶透鏡決定焦距位置的包括齒距、齒高、曲率、圓錐系數均為獨立計算設置形成環帶散焦。

進一步地，上述的菲涅耳聚光器，其中：所述該些環帶透鏡的寬度從中心到四周逐漸減小；優選地，所述每一環帶透鏡均等厚。

前述菲涅耳聚光器的實現方法，其特征在于：所述各環帶透鏡形成散焦，使相鄰環帶透鏡在光電池面上形成的能量環帶依次排布。環帶透鏡不同焦距設定可以通過對塑料透鏡齒距、齒高、曲率和圓錐系數的加工實現。

更進一步地，前述菲涅耳聚光器的實現方法，所述菲涅耳聚光器由四個環帶透鏡同心構成，第一環帶透鏡在光電池面上形成一個基準圓斑，第二環帶透鏡以距離基準圓斑中心第一偏移量處設置焦距，第三環帶透鏡再朝受照面邊緣方向以距離基準圓斑中心第一偏移量加第二偏移量處設置焦距，而第四環帶透鏡繼而以距離基準圓斑中心第一偏移量加第二偏移量再加第三偏移量處設置焦距。

本發明有益效果是：可以保證在光斑面積等于太陽能電池面積，聚光比沒有變化，透過率沒有變化的情況下，消除共焦菲涅耳透鏡的中心能量極值點，大大的改善了光斑的照度均勻性。

附圖說明

圖1是本發明的聚光示意圖；

圖2是各環帶透鏡齒距的計算說明示意圖；

圖3是采用共焦法設計的光路圖；

圖4是采用散焦法設計的光路圖；

圖5是采用共焦法設計時的匯聚光斑照度圖；

圖6是采用共焦法設計時的匯聚光斑照度檢測曲線；

圖7是采用散焦法設計時的匯聚光斑照度圖；

圖8是采用散焦法設計時的匯聚光斑照度檢測曲線。

具體實施方式

本發明根據計算來設定菲涅耳透鏡的每一環的齒距，齒高，曲率，圓錐系數等參數，設計過程中保證每一環帶透鏡(以下簡稱環帶)均等厚。

如果按傳統的共焦法設計，在菲涅耳透鏡的各個折射點，因為色散的原因，短波段的光線都在焦面中心匯聚，而長波段的匯聚光線隨著透鏡孔徑的變化沿著焦面依次散開，這將出現光斑中心極強，四周能量逐漸減弱的情況，直接導致太陽能電池所接受光斑的均勻性變差。