十米直径的线性菲涅尔透镜系统技术方案

十米直径的线性菲涅尔透镜系统，从高聚光太阳能发电系统整体考虑，逐一改变各组成，比如菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法等，为高聚光太阳能利用闯低成本新路。

Ten meter diameter linear Fresnel lens system

【技术实现步骤摘要】
十米直径的线性菲涅尔透镜系统
本专利技术属于菲涅尔透镜
技术背景菲涅尔透镜已广泛于应用于光学投影、太阳能聚光发电等领域。目前看，高聚光太阳能发电成本高，还竞争不过普通平板太阳能电池。
技术实现思路
本专利技术的目的：从高聚光太阳能发电系统整体考虑，逐一改变各组成，比如菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法等，为高聚光太阳能利用闯低成本新路。下面结合附图予以说明：入射光为平行光，但要求经玻璃折射后(折射系数为n)都集中于同一焦点F(见图1)，设A点距透镜中心O的距离为OA＝r，焦距OF＝f，夹角图中ab为A点的玻璃表面，为入射角，为折射角，根据光学定律由图1可推出若按等间距型要求来设计线性菲涅尔透镜，就有图2的结果，比如间距为0.02mm，则有x代表深度，虽然不同点有不同斜率，但在0.02mm范围内均为直线。用直线替代本来的曲线，就会产生误差，尤其是远离中心的边沿部分误差更大。我们按等深度型要求来设计线性菲涅尔透镜(图3，比如0.5mm深度)，而且每段都按球面曲线来处理，精度自然高。中心区的曲线平缓，边沿区的曲线陡急，总台阶数比等间距型要少得多，加工制作也方便。这里的球面曲线半经R≠f，要依据‘球面上所有点都必须垂直球心’的特点来求出：图1中A点垂线与透镜中心轴相交的长度即为R，有这里R不是常数，会因r不同而变。具体设计步骤分两步走：确定玻璃n和f后首先按r由小到大逐个列表计算Δ、等数据：表1然后进一步用球面算法来处理各，点的数据(图4)：这里的s是变量，比如依0.001mm为基本单位逐级增涨。先算表1中0至r1的数据，此时式中R要用R1代入。随着s逐级增涨，r也逐级增涨，直至r≥r2，式中R改用R2代入；然后继续增涨至r≥r3，中R改用R3代入；然后...。这样就完成了所有计算。我们来解释计算结果：当r由r1增至r2过程中要用R2代入，相当于保持半经R2不变画了一段园弧。这段园弧与0至r1的园弧在斜率上稍有不同。但只要0至r1的增量足够小，那么这两段园弧所组成曲线就可以看成连续变化。我们利用现有平板玻璃生产线，加雕花辊轴，直接热压制成型的办法制作直径10米菲涅尔透镜。先讨论雕花辊轴制作，也就是菲涅尔透镜的阴模制作：若采用线性菲涅尔透镜方案，则辊轴的直径可做得与普通压花用的辊轴一样小，阴模上5米长如图3花纹，直接用用5米以上卧式数控车床便能加工，考虑到热玻璃有表面张力，抛光要求可稍低。上面设计的数据还要经阴阳转换才能用于机床加工。不过这里的需要特别说明，上面设计中的所有点所有园弧还都处在一条水平线上。车床加工要有深度如图3所示，这里的x对应于s，但不完全相同，x要不断由0涨至0.5mm，然后突跳至0，然后重复再由0涨至0.5mm。这样反复目的，是把上述一条线上各点各种曲率圆弧，平移成一段完整、连续变化的曲线，如图3花纹。5米辊轴正好与5米平板玻璃生产线匹配，两片镜像对接可制作直经10米的线性菲涅尔透镜。按理论计算，若10米线性菲涅尔透镜的聚焦光斑宽度为1cm，相当与聚焦了1000个太阳。因此不必采用二次聚焦了，因为每加一次聚焦，要增设备增成本，还要增加0.92玻璃透光率的损失。通过改变聚焦面上下位置的设定，改变太阳光单位面积能量。附图说明图1是本专利技术的光路示意图图2是本专利技术的等间距型菲涅尔透镜示意图图3是本专利技术的等深度型菲涅尔透镜示意图图4是本专利技术的球面曲面计算示意图图5是本专利技术的自动跟踪阳光型10米线性菲涅尔透镜系统构成图图6是本专利技术的廉价型大面积线性菲涅尔透镜系统构成图具体实施方式考虑抵抗恶劣环境及降低成本要求，10米线性菲涅尔透镜系统做成图5、图6模样。图5为自动跟踪阳光型，图中1为10米×10米线性菲涅尔透镜；2为聚焦面上太阳能电池；3为固定在旋转底盘7上的前墙(若能深挖地基，则可降低墙高)，与线性菲涅尔透镜1之间用铰链方式连接；4为后墙，其上有液压、电动顶杠5，用于支撑线性菲涅尔透镜1作高低张合，起到经线方向对太阳的精密跟踪作用。因为太阳在经线方向上移动很慢，按天变化难以觉察、按季度才有较大改变。慢变化的精密跟踪好处理，甚至用人工操控都行。由于我们线性菲涅尔透镜的聚焦面是按水平方向铺设的，控制方向正好针对经线，所以即使民用供热用廉价型大面积线性菲涅尔透镜系统图6中，还要有液压、电动顶杠5，这样就能保证水平方向热交换管始终跟踪太阳，垂直方向用抬高焦平面位置、同时加大热交换管面积。后墙比前墙高，线性菲涅尔透镜1放下来就靠在后墙上，有前后墙及前后墙两侧的连墙，自动组成抵抗恶劣环境保护圈。也就是当遭遇恶劣天气时，选择立即放下线性菲涅尔透镜1靠在后墙4上。旋转底盘7是园形的，其四周装有滑轮，可以在与地基连接的的、弯成圆环形的槽钢6中滑动，由纬线方向太阳控制器控制其滑动旋转跟踪太阳；纬线方向旋转控制器控制精度要求不高，要特别结实可靠。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线性菲涅尔透镜系统，包括菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法，其特征在于：/na.菲涅尔透镜的设计分两步走：/n确定玻璃n和f后，首先按r由小到大逐个列表计算Δ、

【技术特征摘要】
1.一种线性菲涅尔透镜系统，包括菲涅尔透镜的设计、直接利用大型平板玻璃生产线热压成型线性菲涅尔透镜、改变自动跟踪太阳的方式、抵抗恶劣环境的方法，其特征在于：
a.菲涅尔透镜的设计分两步走：
确定玻璃n和f后，首先按r由小到大逐个列表计算Δ、、等数椐：



表1
然后进一步用球面算法来处理各r点的数椐，见图4：



这里的s是变量，比如依0.001mm为基本单位逐级增涨；先算表1中0至r1的数据，此时式中R要用R1代入；随着s逐级增涨，r也逐级增涨，直至r≥r2，式中R改用R2代入；然后继续增涨至r≥r3，中R改用R3代入；然后...；这样就完成了所有计算；我们来解释计算结果：当r由r1增至r2过程中要用R2代入，相当于保持半经R2不变画了一段园弧；这段园弧与0至r1的园弧在斜率上稍有不同；但只要0至r1的增量足够小，那么这两园弧所组成曲线就可以看成连续变化；
b.直接利用大型平板玻璃生产线，热压成型线性菲涅尔透镜：利用现有平板玻璃生产线，加雕花辊轴，直接热压制成直径10米线性菲涅尔透镜；先讨论雕花辊轴制作，也就是线性菲涅尔透镜的阴模制作：阴模上5米长如图3花纹，用5米以上卧式数控车床便能加工；上面设计的数椐还要经阴阳转换才能用于机床加工；不过这里需要特别说明，上面设计中的所有点所有园弧还都处在一条水平线上；车床加工要有深度如图3所示，这里的x对应于s，但不完全相同，x要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金玉，
申请(专利权)人：杨金玉，
类型：发明
国别省市：陕西;61