高倍环面聚焦式菲涅尔透镜设计与光学性能分析.pdfVIP

第 14 届中国光伏大会 （CPVC14）论文集 高倍环面聚焦式菲涅尔透镜设计与光学性能 分析 薛丹，涂洁磊 （云南师范大学太阳能研究所 昆明 呈贡 650500 ） 摘 要：在聚光光伏发电系统中，聚光辐照度的不均匀性不仅会影响系统的效率， 还会损坏灼伤电池。本文基于菲涅尔透镜的设计原理，提出多环面聚焦式菲涅尔 透镜的设计方法，并分别对两个环状焦面、三个环状焦面、四个环状焦面以及五 个环状焦面进行了理论设计与模拟。结果显示，环状焦面越多、越密集，接收面 上的能量分布将越均匀，可很好的提高聚光辐照度均匀性。 关键词：聚光光伏系统；菲涅尔透镜 ；环面聚焦式，光学仿真 1 引言 光效果大于 70%，而且光斑辐照度非 近年来，聚光光伏发电技术具有 均匀性达到 20% 以下，其效果远好于 [ 2] 较高的转换效率和较大的成本下降空 传统菲涅尔透镜。郭孝武 对太阳能 间，日益成为太阳能应用中的新亮点。 利用中的几种菲涅尔透镜做了对比分 聚光器是聚光光伏系统的重要组成部 析，推导出了统一的设计公式。2012 [3 ] 分，菲涅尔透镜以其透过率高、重量 年，中国计量学院张丽等人 基于多 轻、成本低，制作方便的独特优势， 焦点设计方法，设计了环形焦斑菲涅 成为太阳能聚光器的首选。然而，传 耳太阳能聚光镜，获得光学效率 统的菲涅尔透镜聚光分布均匀性很 86.77%，聚光辐照均匀度 0.8 的理想 差，使得电池转换效率降低，使用寿 结果，最终得到了具有较高的光能利 命缩短，限制了聚光光伏系统的进一 用率和聚光均匀性的菲涅耳太阳能聚 步发展。因此，设计研究符合光伏发 光镜，对于促进太阳能采集发展具有 电系统要求的菲涅尔聚光透镜已势在 重要的意义。 必行。 本文基于菲涅尔透镜的设计原理 [5] [6] 菲涅尔透镜是根据法国物理学家 ，对于高倍聚光 ，提出了多环面聚 Augustin Jean Fresnel 的菲涅尔理论， 焦式菲涅尔透镜的设计思想，通过改 由凸透镜演化而成的。2006 年，韩国 变透镜结构设计，改善聚光分布均匀 [ 1] 研究者 将菲涅尔透镜分为 n 个小模 性，提高了聚光光伏系统的整体效率。 块，使透镜模块化，其结果表明：当 2 设计方法 聚光比小于 50 倍时，模块化的透镜聚 多环面聚焦式菲涅尔聚光器的每 91