[發(fā)明專利]一種菲涅耳透鏡陣列、導(dǎo)光聚能系統(tǒng)及制備方法

有效

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111025437B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊聰;曹宇清;程樸;張琛;陳詩源;楊本山
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢華中天勤防務(wù)技術(shù)有限公司
• 主分類號: G02B3/08
• 分類號: G02B3/08;G02B3/00;F21S11/00;F21V13/02
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 謝洋

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)光、聚能二合一的菲涅耳透鏡陣列、導(dǎo)光系統(tǒng)及其制備方法，菲涅耳透鏡陣列包括超白玻璃面板，以及通過紫外納米壓印在所述超白玻璃面板背面的方形菲涅爾透鏡和圓形菲涅爾透鏡陣列。導(dǎo)光系統(tǒng)包括菲涅耳透鏡陣列以及與所述菲涅耳透鏡陣列相對設(shè)置的焦面板。采用菲涅爾透鏡陣列取代傳統(tǒng)的由多個單透鏡組合安裝的方式，有利于光纖式陽光導(dǎo)入系統(tǒng)的一體化。系統(tǒng)在安裝時只用確定菲涅爾透鏡陣列面板和其焦面板的位置即可確保透鏡組聚光焦點都能被光纖耦合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能開發(fā)與利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)光、聚能二合一的菲涅耳透鏡陣列、導(dǎo)光系統(tǒng)及其制備方法。

背景技術(shù)

利用光纖靈活將室外陽光導(dǎo)入室內(nèi)的照明系統(tǒng)，其核心部件之一為集光模塊。集光器需要將陽光進(jìn)行壓縮、聚焦供后續(xù)光纖耦合用。集光器種類繁多，按照集光器的集光原理，可以分為反射集光器、折射集光器、混合集光器、熒光集光器、熱光伏集光器和全息集光器等。反射集光器利用反射原理收集陽光，包括平面鏡式集光器、拋物面鏡式集光器、拋物槽式集光器以及旋轉(zhuǎn)拋物面型集光器等幾種類型；折射集光器利用折射原理收集陽光，包括凸透鏡集光器、菲涅爾透鏡集光器等。綜合考慮機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度、易工程化、成本等等一系列因素，直射式的菲涅爾透鏡方案是光纖照明系統(tǒng)合適的選擇。

菲涅爾透鏡憑借其優(yōu)越的性能，應(yīng)用在太陽光導(dǎo)光系統(tǒng)中是個較理想的選擇：菲涅爾透鏡與傳統(tǒng)非球面平凸透鏡具有相同的功能,但菲涅爾透鏡口徑可以更大，密度小,厚度薄，重量輕；菲涅爾透鏡透過率高，在太陽光譜范圍內(nèi)的透過率能達(dá)92％以上,與光學(xué)玻璃相差無幾；菲涅爾透鏡作為非成像光學(xué)元件有好于傳統(tǒng)成像光學(xué)的光強(qiáng)度增益，也即也較大的會聚比；成本低、加工方便，可批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種導(dǎo)光、聚能二合一的菲涅耳透鏡陣列、導(dǎo)光系統(tǒng)及其制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供一種菲涅耳透鏡陣列，包括：

超白玻璃面板，以及

通過紫外納米壓印在所述超白玻璃面板背面的方形菲涅爾透鏡和圓形菲涅爾透鏡陣列。

優(yōu)選的，所述方形菲涅爾透鏡設(shè)置在所述超白玻璃面板背面的一側(cè)，所述圓形菲涅爾透鏡陣列設(shè)置在所述超白玻璃面板背面的另外一側(cè)。

優(yōu)選的，所述圓形菲涅爾透鏡陣列(3)包括呈6行9列排列的多個圓形菲涅爾透鏡。

優(yōu)選的，圓形菲涅爾透鏡的曲率半徑R＝100mm，最外環(huán)半徑60mm，螺距為50μm，其中最內(nèi)環(huán)帶的鋸齒深度為3μm，最外環(huán)帶的鋸齒深度為23μm。

優(yōu)選的，方形菲涅爾透鏡螺距取50μm。

第二方面，本發(fā)明提供一種導(dǎo)光聚能系統(tǒng)，包括上述的菲涅耳透鏡陣列，以及與所述菲涅耳透鏡陣列相對設(shè)置的焦面板；

根據(jù)所述方形菲涅爾透鏡以及所述圓形菲涅爾透鏡的聚光位置，所述焦面板上設(shè)置有太陽能電池片和光導(dǎo)纖維，所述太陽能電池片設(shè)置在所述方形菲涅爾透鏡的聚光位置上，所述光導(dǎo)纖維設(shè)置在所述圓形菲涅爾透鏡的聚光位置上。

優(yōu)選的，所述太陽能電池片與所述焦面板之間還設(shè)有散熱基座。

優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括一外殼，所述菲涅耳透鏡陣列和所述焦面板分別安裝所述外殼的相對的兩個側(cè)壁上。

第三方面，本發(fā)明還提供一種菲涅耳透鏡陣列的制備方法，包括以下步驟，

1)通過光刻、精密切削技術(shù)制作出具有納米圖形結(jié)構(gòu)的模板；

2)在超白玻璃板內(nèi)表面涂一層具有低表面能，低粘度的紫外固化膠，作為模板與玻璃板的中間介質(zhì)；