CN201637923U - 高倍复合聚光透镜 - Google Patents

Abstract

一种高倍复合聚光透镜，包括两个菲涅耳透镜、固定框架及固定条，其中，两个菲涅耳透镜正交重叠设置于固定框架内，固定条设于两个菲涅耳透镜之间；菲涅耳透镜的焦距为280-360mm，且包括设于其中心线上的条形中心平板部以及至少两组对称设于中心平板部两侧的棱镜组，中心平板部与棱镜组的宽度相同，均为10-12mm；棱镜组包括至少一个与中心平板部平行设置的直角棱镜，直角棱镜的一直角边靠近中心平板部设置；同一棱镜组中直角棱镜的斜面与底面之间的夹角α角相同。本实用新型采用具有多组面积相同的棱镜组的菲涅耳透镜，上下正交叠置，使折射汇聚后的光照强度增强，从而使发电效率大大提高，成本降低。

Description

高倍复合聚光透镜

技术领域

本实用新型涉及一种聚光透镜，尤其涉及一种用于采集太阳能的高倍复合聚光透镜。

背景技术

新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。目前，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，可以发挥非常独特的作用。

太阳能的利用可以是聚光的、也可以是非聚光的。太阳能非聚光发电要用大面积的光伏电池，发电设备造价较贵，影响太阳能发电的推广。聚光太阳能的利用主要是用聚光器将太阳热量聚集起来用于发电、热水等，目前太阳光的聚集主要有抛物面反光式、普通圆形透镜聚光式及环状菲涅耳透镜聚光式。抛物面反光式聚光器结构较复杂、制造困难、成本高，普通园形聚光透镜也有制造困难、成本高的缺点，都难以推广使用。而现在用于太阳能聚光发电的环形菲涅耳透镜，它是用塑料加工成的，一方面它的聚光效率差，使用寿命短，另一方面造价也较昂贵，因此制约了其在聚光太阳能发电的大面积推广。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述太阳能聚光器的缺点，提供一种结构简单、成本低、聚光效果好且透光率高的高倍复合聚光透镜。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种高倍复合聚光透镜，包括两个菲涅耳透镜、固定框架及固定条，其中，两个菲涅耳透镜正交重叠设置于固定框架内，固定条设于两个菲涅耳透镜之间；菲涅耳透镜的焦距为280-360mm，且包括设于其中心线上的条形中心平板部以及至少两组对称设于中心平板部两侧的棱镜组，中心平板部与棱镜组的宽度相同，均为10-12mm；棱镜组包括至少一个与中心平板部平行设置的直角棱镜，直角棱镜的一直角边靠近中心平板部设置；同一棱镜组中直角棱镜的斜面与底面之间的夹角α角相同，α角可在1-35°范围内选取。α角按下列公式计算得出：

∠α＝arctg α

$\mathrm{tg\α}=\frac{\sin \mathrm{\β}}{n_{12}-\cos \mathrm{\β}}$

∠β＝arctg β

$\mathrm{tg\β}=\frac{d}{F}$

式中n₁₂为光从空气到菲涅耳透镜玻璃的折射率，d为各个棱镜组的中心到中心平板部中心的距离，F为中心平板部中心到焦平面的距离。

本实用新型的中心平板部两侧对称设置两组以上的棱镜组，不同棱镜组中直角棱镜的α角不相同，越远离中心平板部的棱镜组中直角棱镜的α角越大。

本实用新型的中心平板部两侧分别对称最佳设置有12个棱镜组。

本实用新型的固定框架上设有与其它器件之间联接的安装孔。

由以上可见，本实用新型采用具有多组面积相同的棱镜组的菲涅耳透镜，上下正交叠置，使折射汇聚后的光照强度增强，将入射到不同棱镜组上的太阳光或其它平行光同时折射汇聚到预先设定的面积和位置，可以用很小面积的光伏电池发电，从而使发电效率大大提高，成本降低，利于太阳能发电技术的推广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

图2为图1的左剖视图。

图3为图1的俯视图。

图4为本实用新型实施例1上菲涅耳透镜1剖面图图的局部示意图。

图5为本实用新型实施例5上菲涅耳透镜的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。为了便于说明，将直角棱镜的斜面与底平面(即光线入射面和出射面)之间的夹角定义为α角。

实施例1

如图1及图2所示，本实施例的高倍复合聚光透镜包括上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2、固定框架3、固定条4，上菲涅耳透镜1于下菲涅耳透镜2上下叠置构成菲涅耳透镜组，上菲涅耳透镜1的焦距F为300mm，下菲涅耳透镜2的焦距F为290mm。上菲涅耳透镜1与下菲涅耳透镜2正交重叠用密封胶粘接在固定框架3上，也可用密封树脂粘接，固定条4用密封胶粘接在上菲涅耳透镜1与下菲涅耳透镜2之间且位于固定框架3四周的内侧。固定条4与上菲涅耳透镜1及下菲涅耳透镜2之间用密封胶粘接，也可用密封树脂粘接，固定条4可用金属、塑料或橡胶制成。固定框架3用薄金属板料制成，可用螺钉或焊接等方式封接，固定框架3上可设有安装或固定孔，以便于与其它器件之间的联接固定。

同时参照图3，上菲涅耳透镜1呈方形，上菲涅耳透镜1包括上中心平板部10及分别对称设于上中心平板部10两侧的12个上棱镜组，共24个上棱镜组。每个上棱镜组的宽度及中心平板部10的宽度均为12mm，上中心平板部10每侧各对称设置的12个上棱镜组依次标号为a、b、c……、l；上中心平板部10厚度均匀。上棱镜组中的棱镜为直角棱镜，即上棱镜齿形的横截面形状为直角三角形，且直角三角形的一直角边位于上中心平板部10侧，上棱镜厚度较大的一侧向着上中心平板部10。同一上棱镜组中的各上棱镜的α角度均相同。

如图4所示，第一上棱镜组a中包括1个与上中心平板部10平行设置的条形棱镜，该组中棱镜的宽度为12mm；第二上棱镜组b中包括2个与上中心平板部10平行设置的棱镜，该组中棱镜的宽度为6mm；第三上棱镜组c中也包括2个与上中心平板部10平行设置的棱镜，该组中棱镜的宽度为6mm；第四上棱镜组d中包括3个棱镜，该组中棱镜的宽度为4mm；第五上棱镜组e中也包括3个棱镜，该组中棱镜的宽度为4mm；第六上棱镜组f中包括4个棱镜，该组中棱镜的宽度为3mm；第七上棱镜组g中也包括4个棱镜，该组中棱镜的宽度为3mm；第八上棱镜组h中包括5个上棱镜，该组中上棱镜的宽度为2.4mm；第九上棱镜组i中包括6个棱镜，该组中棱镜的宽度为2mm；第十上棱镜组j中也包括6个棱镜，该组中棱镜的宽度为2mm；第十一上棱镜组k中包括6个棱镜，该组中棱镜的宽度为2mm；第十二上棱镜组l中包括6个棱镜，该组中棱镜的宽度为2mm。一至十二组中直角棱镜玻璃确定后，透镜玻璃的折射率均可确定，按公式可计算出α角为的具体值。

同样的，下菲涅耳透镜2也包括设于其中心线上的条形的下中心平板部20及至少两组对称设于下中心平板部20两侧的下棱镜组，依次标号为A、B、C……、L，下菲涅耳透镜2的结构与上菲涅耳透镜1的结构基本一致，下菲涅耳透镜2的下中心平板部20的宽度与上菲涅耳透镜1的上中心平板部10的宽度相同，下菲涅耳透镜2的下棱镜组设置的数量及宽度也与上菲涅耳透镜1中棱镜组的数量及宽度对应相同。不同之处在于，由于下菲涅耳透镜2到焦平面的距离F要减去一个透镜的高度及间隔的距离，因此，上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2中对应位置的棱镜组中的棱镜的α角由于F的不同而不同，以便于保证上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2虽然位置有差别，但是汇聚光光斑的位置都在同一个平行于透镜的平面上。

实施例2

本实施例与实施例1不同的地方在于：上菲涅耳透镜的焦距F为360mm，下菲涅耳透镜的焦距为350mm。上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2的几何形状与实施例1相同，其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例1不同的地方在于：上菲涅耳透镜的焦距F为280mm，下菲涅耳透镜的焦距为270mm。上、下菲涅耳透镜的几何形状与实施例1相同，其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例4

本实施例与实施例1、不同的地方在于：上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2中的每个棱镜组的宽度为10mm。上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2的焦距及几何形状与实施例1相同，其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例5

如图5所示，本实施例中的上菲涅耳透镜1包括中心平板部10及分别设于中心平板部两侧的上棱镜组a。上菲涅耳透镜1、下菲涅耳透镜2的几何形状与实施例1相同，其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

条形的棱镜可以将入射到棱镜上的平行光向棱镜厚度较厚的一侧折射，一组角度相同的棱镜组就可以将入射到棱镜组上的平行光平行地折射向棱镜厚度较厚的一侧、面积相同的平面上。选择合适的α角，可将入射到不同棱镜组上的平行光同时折射汇聚到预先设定位置及宽度的一条窄带上。正交叠置安装的上菲涅耳透镜1和下菲涅耳透镜2就能将入射的太阳光或其它平行光折射汇聚到预先设定的面积和位置上。本实用新型的每个棱镜组中棱镜的数量为大于或等于1的整数，以棱镜的数量来控制棱镜齿的高度，使其在0.3mm～2mm范围内。上中心平板部10两侧设置两组以上的上棱镜组，不同棱镜组中的上棱镜的α的角度不相同，越远离上中心平板部10的上棱镜组中的上棱镜的α的角度越大。

菲涅耳透镜设有n组面积相同的棱镜组，折射汇聚到焦面上的光照强度将是入射光线强度的n倍，而经过复合聚光透镜折射汇聚到焦面上的光照强度将是入射光线强度的n²倍。因此，采用本实用新型结构的高倍复合聚光透镜聚集太阳能发电，可以用很小面积的光伏电池发电，从而使发电效率大大提高，发电设备造价大幅降低，利于太阳能发电技术的推广。

本实用新型的菲涅耳透镜是用玻璃、有机玻璃或其他透明材料经滚轧或压制或压注或拉伸制成，外观为方形或长条形或圆形。棱镜组可采用一体制造工艺制备成一个整体棱镜组，也可以由多片独立的棱镜组合而成。

本实用新型的用于太阳能发电的高倍复合聚光透镜用玻璃制造，聚光效率高，寿命可达几十年，生产加工简单容易，聚光效果和透光率好，造价也相当低廉，发电量20W的复合透镜只需30～35元。每千瓦的发电设备造价可以控制在1.3万元左右。本实用新型用复合透镜聚集太阳光发电，可以用很小面积的光伏电池，使发电效率大大提高，发电设备造价大幅度降低，从而大幅度降低太阳能发电成本，使太阳能发电能广泛推广。

Claims (4)

1.一种高倍复合聚光透镜，其特征在于：包括两个菲涅耳透镜(1，2)、固定框架(3)及固定条(4)，其中，所述两个菲涅耳透镜(1，2)正交重叠设置于所述固定框架(3)内，所述固定条(4)设于所述两个菲涅耳透镜(1，2)之间；

所述菲涅耳透镜(1，2)的焦距为280-360mm，且包括设于其中心线上的条形中心平板部(10，20)以及至少两组对称设于所述中心平板部(10，20)两侧的棱镜组，所述中心平板部(10，20)与所述棱镜组的宽度相同，均为10-12mm；

所述棱镜组包括至少一个与所述中心平板部(10，20)平行设置的直角棱镜，所述直角棱镜的一直角边靠近所述中心平板部(10，20)设置；同一棱镜组中直角棱镜的斜面与底面之间的夹角α角相同。

2.如权利要求1所述的高倍复合聚光透镜，其特征在于：所述中心平板部(10，20)两侧对称设置两组以上的棱镜组，不同棱镜组中直角棱镜的α角不相同，越远离中心平板部(10，20)的棱镜组中直角棱镜的α角越大。

3.如权利要求1或2所述的高倍复合聚光透镜，其特征在于：所述中心平板部(10，20)两侧分别对称设置有12个棱镜组。

4.如权利要求1所述的高倍复合聚光透镜，其特征在于：所述固定框架(3)上加工有与其它器件之间联接的安装孔。

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