一种基于菲涅尔透镜的聚光装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，由菲涅尔透镜、光电传感器、散热片、冷却管、循环泵、水箱、电机、传动装置、控制芯片等部件构成。整体装置固定于基础之上，根据各地区的纬度，与水平面形成特定的角度，仅菲涅尔透镜阵列按特定的速度做横向、纵向的两轴联动进行追日跟踪，始终保持阳光聚焦于单个或多个聚光目标物之上。底部的换热装置可将目标物因聚光而产生的热量传递给冷流体。该装置对基础的要求更加灵活，对传动和驱动装置的载荷大幅降低，可有效地提升追日跟踪精度，成本也可更加低廉，对施工、校准、后期维护都更加便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于菲涅尔透镜的聚光装置
本专利技术涉及一种聚光装置，特别是一种基于菲涅尔透镜的聚光装置,属于聚光太阳能

技术介绍
太阳能聚光技术是一种利用光学元件将光能汇聚从而产生高光强的光能。目前主要采用反射，折射的方式来实现太阳能聚光技术，如塔式聚光、碟式斯特林聚光发电、美国SUNPOWER公司的C7Trcaker等都采用了反射式太阳能聚光技术；日芯光伏科技有限公司的GaAs(砷化镓)高倍聚光模组采用了折射式太阳能聚光技术。该技术得到了一定的商业应用，说明太阳能聚光技术可以提高单位面积上的光强，增加阳光资源的利用率，不仅可以应用在光伏发电领域，也可以应用在光热领域。目前采取折射方法，成熟应用的太阳能聚光系统大多使用菲涅尔透镜，主要分为全玻璃菲涅尔透镜、硅胶—玻璃SOG(SilicononGlass)型菲涅尔透镜，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)菲涅尔透镜。普遍的方法是将菲涅尔透镜与光伏电池、外壳、散热系统等一体装配成组件，安装成阵列并进行统一对日跟踪。但是，这种聚光方式的不足之处在于，由于将整个系统进行追日跟踪无疑增加了支架的应力，降低了支架的稳定性；对于传动和驱动装置的静载荷、冲击载荷都很大，这样会增加传动系统的惯量从而会产生跟踪误差，影响聚光的效果。由于组件是一体安装的，所以对于菲涅尔透镜的加工精度要求较高，对组件装配的精度要求也很高，这就导致了太阳能聚光设备在太阳能电站的施工过程中可微调的空间很小，对于施工过程中的精度控制有很高的要求，这就直接导致了整体设备的容错空间和可维护性降低。
技术实现思路
本专利技术所需要解决的技术问题是，提供一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，其具有追日跟踪精度高、结构简单、支架稳定、运动惯量小的特点。为实现上述目的，本专利技术的解决方案是：一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，由菲涅尔透镜、光电传感器、散热片、冷却管、循环泵、水箱、电机、传动装置、控制芯片等部件构成。整体装置固定于基础之上，根据各地区的纬度，与水平面形成特定的角度，仅通过菲涅尔透镜做横向、纵向的两轴联动进行追日跟踪，始终保持阳光聚焦于单个或多个聚光目标物之上。底部的换热装置可将目标物因聚光而产生的热量传递给冷流体。进一步，整体装置固定于一个基础上，仅菲涅尔透镜可以做横向、纵向的两轴联动进行追日跟踪，所汇聚的光斑均匀地聚焦于聚光目标物之上。菲涅尔透镜的纵向运动速度与太阳高度角变化的角速度之间的关系符合下式：式中，v1是菲涅尔透镜纵向移动速度；f是菲涅尔透镜的焦距；ω1是太阳高度角变化的角速度；t是时间；δ1是修正参数。菲涅尔透镜的横向运动速度与太阳方位角变化的角速度之间的关系符合下式：式中，v2是菲涅尔透镜横向移动速度；f是菲涅尔透镜的焦距；ω2是太阳方位角变化的角速度；t是时间；δ2是修正参数。控制芯片根据编写的程序对气象情况、跟踪误差、传动误差等做出一定的修正计算；控制芯片还会根据光电传感器所测量的光斑边界信号进行修正计算，其计算结果即为菲涅尔透镜纵向、横向移动速度的修正参数。控制芯片还对电机及其电机驱动器进行运动控制。进一步，菲涅尔透镜可以规则排列成X行×Y列平面阵列。聚光目标物与菲涅尔透镜相应地排列成X行×Y列平面阵列。其中，X和Y皆为大于或等于1的自然数。进一步，菲涅尔透镜平行于聚光目标物或平行于目标物轴线所在剖面，聚光目标物可以是平面型聚光目标物，亦可以是圆柱型聚光目标物。进一步，菲涅尔透镜与水平面之间的夹角等于安装地区所处的纬度。进一步，换热装置可以将目标物因聚光而产生的热量传递给冷流体。采用上述的技术措施后，与其他聚光结构相比具有如下优点：仅通过菲涅尔透镜横向、纵向的两轴联动即可实现追日跟踪，省去了以往需要整体追日跟踪的机械结构，减少了支架的应力，增加了支架的稳定性。又因为运动部件质量小、轻薄所以对传动和驱动装置的静载荷、冲击载荷大幅降低，对传动部件的惯量、驱动部件的功率也相应减少。可有效地提升追日跟踪精度，相较以往聚光装置而言，成本也可更加低廉。另外，因为整体装置是固定在在基础之上，没有相对运动关系。对于基础的要求更加灵活，这对施工、校准、后期维护都更加方便。针对需要良好散热的场合，设备中的换热装置，相较于以往的聚光设备而言，由于不需要与组件一同跟踪，换热装置可直接与基础相固定不会使用有弯折需求的冷流体转接软管，因此可免去软管因长期弯折寿命低的缺点。安装更方便可靠，优势更加明显。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术涉及的一种基于菲涅尔透镜的聚光装置第一实施例的结构示意图；图1A为图1中Y-Z平面，线性菲涅尔透镜阳光入射的光路示意图；图1B为图1中Y-Z平面，圆形菲涅尔透镜阳光入射的光路示意图；图1C为图1中X-Z平面阳光入射的光路示意图；图2为本专利技术基于菲涅尔透镜的聚光装置中菲涅尔透镜沿纵向运动一定距离后，阳光入射的光路示意图；图3为本专利技术涉及的一种基于菲涅尔透镜的聚光装置第二实施例的结构示意图；图4为图1、图2、图3中本专利技术的聚光组件使用圆形菲涅尔透镜的示意图；图5为图1、图2、图3中本专利技术的聚光组件使用线性菲涅尔透镜的示意图。图中：菲涅尔透镜1圆形菲涅尔透镜101线性菲涅尔透镜102螺纹103散热片2冷却管3光电传感器4循环泵5水箱6聚光目标物7平面型聚光目标物701圆柱型聚光目标物702具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述，对本专利技术不构成任何限制。当太阳光线射入时，如图1、图1A、图1B、图1C所示，本专利技术涉及的一种基于菲涅尔透镜1的聚光装置，整体装置固定于基础之上，菲涅尔透镜1根据事先编写了程序的控制芯片对每一轴电机及其电机驱动器进行运动控制，使菲涅尔透镜1可做横向、纵向的两轴联动进行追日跟踪，从而将阳光聚焦于单个或多个聚光目标物7之上。对于需要良好散热的场合，还设置有散热片2，底部的冷却管3可将聚光目标物7的热量传递给冷流体，通过循环泵5与水箱6内的液体不断循环以达到散热的目的。如图1C、图3所示，聚光目标物可以是平面型聚光目标物701，亦可以是圆柱型聚光目标物702。由控制芯片根据编写的程序对气象情况、跟踪误差、传动误差等做出一定的修正计算；控制芯片还会根据光电传感器4所测量的光斑边界信号进行修正计算，其计算结果即为菲涅尔透镜纵向、横向移动速度的修正参数。随着太阳的运动，如图2所示，菲涅尔透镜1也会移动相应的距离将聚光光斑始终保持均匀地聚焦于聚光目标物7之上.如图4、图5所示，聚光所使用的菲涅尔透镜可以是圆形菲涅尔透镜101，亦可以是线性菲涅尔透镜102.菲涅尔透镜1的每条螺纹103均朝向聚光目标物7，螺纹103的尺寸需根据焦距、光斑大小而定。菲涅尔透镜的纵向运动速度与太阳高度角变化的角速度之间的关系符合下式：式中，v1是菲涅尔透镜纵向移动速度；f是菲涅尔透镜的焦距；ω1是太阳高度角变化的角速度；t是时间；δ1是修正参数。菲涅尔透镜的横向运动速度与太阳方位角变化的角速度之间的关系符合下式：式中，v2是菲涅尔透镜横向移动速度；f是菲涅尔透镜的焦距；ω2是太阳方位角变化的角速度；t是时间；δ2是修正参数。优选地，如图4，当采用圆形菲涅尔透镜101时，聚光后会产生圆形光斑，每个圆形菲涅尔透镜101都对应一个聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，由菲涅尔透镜、光电传感器、散热片、冷却管、循环泵、水箱、电机、传动装置、控制芯片等部件构成，其特征在于:整体装置固定于基础之上，根据各地区的纬度，与水平面形成特定的角度，仅通过菲涅尔透镜做横向、纵向的两轴联动，始终保持阳光聚焦于单个或多个聚光目标物之上。底部的换热装置可将目标物因聚光而产生的热量传递给冷流体。

【技术特征摘要】
1.一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，由菲涅尔透镜、光电传感器、散热片、冷却管、循环泵、水箱、电机、传动装置、控制芯片等部件构成，其特征在于:整体装置固定于基础之上，根据各地区的纬度，与水平面形成特定的角度，仅通过菲涅尔透镜做横向、纵向的两轴联动，始终保持阳光聚焦于单个或多个聚光目标物之上。底部的换热装置可将目标物因聚光而产生的热量传递给冷流体。2.根据权利要求1所述的一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，其特征在于：整体装置固定于一个基础上，仅菲涅尔透镜可以做横向、纵向的两轴联动进行追日跟踪，始终保持所汇聚的光斑均匀地聚焦于聚光目标物之上。3.根据权利要求1所述的一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，其特征在于：菲涅尔透镜平行于聚光目标物或平行于目标物轴线所在剖面，聚光目标物可以是平面型聚光目标物，亦可以是圆柱型聚光目标物。4.根据权利要求1所述的一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，其特征在于：菲涅尔透镜与水平面之间的夹角等于安装地区所处的纬度。5.根据权利要求1所述的一种基于菲涅尔透镜的聚光装置，其特征在于：菲涅尔透镜可以规...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铈岱，何海双，庞勇军，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34