[發明專利]一種基于菲涅爾透鏡的聚光裝置

有效

• 申請號: 201810907764.7
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108981200B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張鈰岱;何海雙;龐勇軍
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: F24S23/30
• 分類號: F24S23/30;G02B19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于菲涅爾透鏡的聚光裝置，由菲涅爾透鏡、光電傳感器、散熱片、冷卻管、循環泵、水箱、電機、傳動裝置、控制芯片等部件構成。整體裝置固定于基礎之上，根據各地區的緯度，與水平面形成特定的角度，僅菲涅爾透鏡陣列按特定的速度做橫向、縱向的兩軸聯動進行追日跟蹤，始終保持陽光聚焦于單個或多個聚光目標物之上。底部的換熱裝置可將目標物因聚光而產生的熱量傳遞給冷流體。該裝置對基礎的要求更加靈活，對傳動和驅動裝置的載荷大幅降低，可有效地提升追日跟蹤精度，成本也可更加低廉，對施工、校準、后期維護都更加便捷。

技術領域

本發明涉及一種聚光裝置，特別是一種基于菲涅爾透鏡的聚光裝置,屬于聚光太陽能技術領域。

背景技術

太陽能聚光技術是一種利用光學元件將光能匯聚從而產生高光強的光能。目前主要采用反射，折射的方式來實現太陽能聚光技術，如塔式聚光、碟式斯特林聚光發電、美國SUNPOWER公司的C7 Trcaker等都采用了反射式太陽能聚光技術；日芯光伏科技有限公司的GaAs(砷化鎵)高倍聚光模組采用了折射式太陽能聚光技術。該技術得到了一定的商業應用，說明太陽能聚光技術可以提高單位面積上的光強，增加陽光資源的利用率，不僅可以應用在光伏發電領域，也可以應用在光熱領域。

目前采取折射方法，成熟應用的太陽能聚光系統大多使用菲涅爾透鏡，主要分為全玻璃菲涅爾透鏡、硅膠—玻璃SOG(Silicon on Glass)型菲涅爾透鏡，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)菲涅爾透鏡。普遍的方法是將菲涅爾透鏡與光伏電池、外殼、散熱系統等一體裝配成組件，安裝成陣列并進行統一對日跟蹤。

但是，這種聚光方式的不足之處在于，由于將整個系統進行追日跟蹤無疑增加了支架的應力，降低了支架的穩定性；對于傳動和驅動裝置的靜載荷、沖擊載荷都很大，這樣會增加傳動系統的慣量從而會產生跟蹤誤差，影響聚光的效果。由于組件是一體安裝的，所以對于菲涅爾透鏡的加工精度要求較高，對組件裝配的精度要求也很高，這就導致了太陽能聚光設備在太陽能電站的施工過程中可微調的空間很小，對于施工過程中的精度控制有很高的要求，這就直接導致了整體設備的容錯空間和可維護性降低。

發明內容

本發明所需要解決的技術問題是，提供一種基于菲涅爾透鏡的聚光裝置，其具有追日跟蹤精度高、結構簡單、支架穩定、運動慣量小的特點。

為實現上述目的，本發明的解決方案是：

一種基于菲涅爾透鏡的聚光裝置，由菲涅爾透鏡、光電傳感器、散熱片、冷卻管、循環泵、水箱、電機、傳動裝置、控制芯片等部件構成。整體裝置固定于基礎之上，根據各地區的緯度，與水平面形成特定的角度，僅通過菲涅爾透鏡做橫向、縱向的兩軸聯動進行追日跟蹤，始終保持陽光聚焦于單個或多個聚光目標物之上。底部的換熱裝置可將目標物因聚光而產生的熱量傳遞給冷流體。

進一步，整體裝置固定于一個基礎上，僅菲涅爾透鏡可以做橫向、縱向的兩軸聯動進行追日跟蹤，所匯聚的光斑均勻地聚焦于聚光目標物之上。菲涅爾透鏡的縱向運動速度與太陽高度角變化的角速度之間的關系符合下式：

式中，v₁是菲涅爾透鏡縱向移動速度；f是菲涅爾透鏡的焦距；ω₁是太陽高度角變化的角速度；t是時間；δ₁是修正參數。

菲涅爾透鏡的橫向運動速度與太陽方位角變化的角速度之間的關系符合下式：

式中，v₂是菲涅爾透鏡橫向移動速度；f是菲涅爾透鏡的焦距；ω₂是太陽方位角變化的角速度；t是時間；δ₂是修正參數。