[实用新型]一种线聚光透镜

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种在聚光光伏技术中用于将太阳光汇聚并投射到电池接收板上的线型聚光透镜。

背景技术

太阳能具有清洁、无资源地域限制、对人类来说永无枯竭等优良特性，越来越受到人们的青睐，其中太阳能光伏利用即太阳光通过光伏器件直接转换成电能的技术尤其引人注目。但由于光伏系统中的光伏电池价格昂贵，致使现阶段光伏发电的发电成本较常规发电成本高出数倍，因此光伏技术还没有迎来大规模应用的时代。

在目前的情况下，降低光伏发电成本的有效途径之一就是聚光应用，即将太阳光汇聚起来，再投射到光伏电池上，以较少的太阳电池发出与聚光器入射面积相当的电量，有效提高光伏电池的利用效率。采用聚光的方法，用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的光伏电池，很大程度上降低了光伏发电的成本。

目前绝大多数CPV采用点聚光技术，所使用的聚光透镜为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜的基本工作原理为：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。尽管目前菲涅尔透镜已在CPV技术中大量运用，但还是面临几个主要问题：（1）由于透镜的同心圆结构，加上在生产工艺中的某些技术因素（如拔模斜度）的影响，从而使得入射光的能量损失较大，一般菲涅尔透镜的光学透射小于80%；（2）菲涅尔透镜只运用在中高倍CPV技术中，因此对太阳跟踪器的跟踪精度有较高要求，从而增加了跟踪系统的成本；（3）目前，菲涅尔透镜的价格仍然相对较高，还不能非常有效地降低光伏发电成本。

运用在CPV技术中还有其他一些点聚光的球面或非球面的聚光透镜，尽管同菲涅尔透镜相比其光线透过率较高，但由于所用光学材料数量较大或生产加工工艺较为复杂，使得在成本上也很难进行有效控制，所以这类聚光透镜的使用量也较为局限。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够将太阳光汇聚并均匀分布在电池接收板上的线聚光透镜。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种线聚光透镜，所述透镜上端面为透镜聚光折射面，其下端面为平整面，其特征在于：所述透镜横向延伸呈长条状，所述透镜能够将相互平行的入射光线折射到设置于透镜下方的电池接收板上从而形成线型聚光光线，若其中任意一条入射光线和所述透镜聚光折射面的接触点与该透镜垂直中轴之间的垂直距离为x，该入射光线经透镜折射到所述电池接收板上后形成的投影点与所述线型聚光光线长度方向中心线的垂直距离为m，所述透镜聚光折射面边缘到垂直中轴的垂直距离为a，经所述透镜聚光折射面边缘折射的入射光线在电池接收板上的投影点与所述线型聚光光线长度方向中心线的垂直距离为b，则该透镜满足的条件为x/m=a/b，其中，所述该入射光线的入射点与透镜聚光折射面两侧边缘构成的垂直面与所述线型聚光光线长度方向中心线垂直，该垂直面上部为透镜聚光折射面的轮廓形状，所述入射光线经过透镜聚光折射面时的入射角为β，折射角为                                                ，该入射光线经折射后的光线与电池接收板的夹角为α，所述透镜聚光折射面边缘与电池接收板的垂直距离为h，在该垂直面中，由垂直中轴以及透镜聚光折射面两侧边缘连线构成平面坐标系，以透镜聚光折射面两侧边缘连线中点为坐标原点，该垂直面上部的透镜聚光折射面的轮廓形状在所述平面坐标系中的曲线方程，由以下公式得出：

公式1：x/m=a/b，x=a-N*x，其中x是一个在X轴方向上很小的距离，N示这个小间距的个数；

公式2：y_n=y_n-1+x*tanβ；

公式3：tanα=（h+y_n）/（a-m），m=b-N*x*b/a；

公式4：sinβ=n*sin，其中系数n为透镜折射率；

公式5：α-+β=π/2，即=（α+β）-π/2；

公式6：sinβ=n*sin[（α+β）-π/2]= n*[-cos（α+β）]=n*（sinα*sinβ-cosα*cosβ）；

公式7：tanβ=n*cosα/（n*sinα-1）；

其中，a、b、h、n、x为已知，且y₀=0，变量x为所述透镜聚光折射面上任意一点与该垂直面上垂直中轴之间的横向距离，变量y为该点与透镜聚光折射面两侧边缘所在的平面之间的纵向距离。