本發(fā)明屬于聚光透鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡及其制備方法。

背景技術(shù)：

光伏發(fā)電是太陽能直接利用的一種主要形式，菲涅爾透鏡是聚光光伏系統(tǒng)的核心組件之一，其性能的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的性能，傳統(tǒng)的點聚光菲涅爾透鏡由于聚光光斑的能量分布不均勻，入射太陽光經(jīng)聚光之后在電池表面形成局部熱點，局部熱點的存在一方面會降低電池轉(zhuǎn)換效率，另一方面會損傷電池，縮短電池使用壽命，導(dǎo)致太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率低。另外，傳統(tǒng)的點聚光菲涅爾透鏡的聚焦光斑與太陽能電池片的形狀不匹配，也使得太陽能的利用效率普遍偏低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡及其制備方法。該分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡是通過將傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡分解成四個部分，然后再將這四個部分重新組合，根據(jù)光的疊加原理來提高聚焦光斑能量分布的均勻性。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

分區(qū)域多焦點疊加方形光斑聚光菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡由四個同心缺角等腰直角三角形單元拼接構(gòu)成，所述菲涅爾透鏡的中心設(shè)置有正方形空隙，每個所述同心缺角等腰直角三角形單元的透鏡面上均刻錄有同心圓弧，每個所述同心缺角等腰直角三角形單元形成的四個焦點均不在所述菲涅爾透鏡的中心。

進(jìn)一步的，所述同心缺角等腰直角三角形單元的透鏡面由第一邊、第二邊、第三邊和第四邊組成，四個所述同心缺角等腰直角三角形單元的第三邊首尾依次相連拼接組成所述正方形空隙。

進(jìn)一步的，所述第一邊為所述同心缺角等腰直角三角形單元的斜邊，所述第二邊和第四邊為所述同心缺角等腰直角三角形單元的兩腰，所述第三邊為缺角弦。

進(jìn)一步的，所述同心圓弧以所述第三邊為起始弦開始刻錄。

進(jìn)一步的，所述第三邊經(jīng)過同心圓弧的圓心，且與所述同心圓弧的第二圓弧的弦重合。

進(jìn)一步的，所述第二圓弧為半圓。

一種分區(qū)域多焦點疊加方形光斑聚光菲涅爾透鏡的制備方法，包括以下步驟：

S1：用AB和CD兩條相互垂直的直線將傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡中的透鏡面分成四個部分，直線CD交所述傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡由中心向外第二環(huán)帶于E和F點；直線AB交所述傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡由中心向外第二環(huán)帶下方于G點；

S2：連接GE和GF并延長交所述傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡最外環(huán)帶分別與H和I點，連接HI得到所述同心缺角等腰直角三角形單元的第一邊，EH、EF和FI分別為所述同心缺角等腰直角三角形單元的第二邊、第三邊和第四邊；

S3：沿所述同心缺角等腰直角三角形單元的四個邊將所述同心缺角等腰直角三角形單元從所述傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡上切割下來；

S4：將所述四個同心缺角等腰直角三角形單元的的第三邊互成90^o做無縫拼接形成所述菲涅爾透鏡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明的分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡的透鏡面由四個相同的同心缺角等腰直角三角形拼接而成，四個同心缺角等腰直角三角形從傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡上切割得到，無需進(jìn)行新結(jié)構(gòu)設(shè)計，透鏡制作工藝簡單。

進(jìn)一步的，一方面透鏡面中心由四個相同的同心缺角等腰直角三角形缺角形成的空隙，另一方面四個同心缺角等腰直角三角形各自形成的四個焦點都不在中心，有效減小了傳統(tǒng)點聚焦菲涅爾透鏡中心光的強(qiáng)度；同時這個四個部分通過光的分區(qū)域疊加也可以有效提高聚焦光斑能量分布的均勻性，避免了傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡聚光不均勻形成的局部熱點，有效提高了太陽能電池的壽命。

進(jìn)一步的，菲涅爾透鏡聚焦光斑形狀為方形，與太陽能電池片的形狀相匹配，使得太陽能的利用率進(jìn)一步提高。

本發(fā)明還用開了一種分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡的制備方法，只需要對傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡進(jìn)行所述裁剪和拼接，無需進(jìn)行新結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此透鏡結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，成本較低。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說明】

圖1為實施例1分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡的主視圖；

圖2為實施例1分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡的三維結(jié)構(gòu)圖；

圖3為實施例1同心缺角等腰直角三角形單元菲涅爾透鏡的主視圖；

圖4為實施例2同心缺角等腰直角三角形單元菲涅爾透鏡的切割示意圖；

圖5為實施例1聚焦光斑在水平投影面的輻照度分布圖；

圖6為圖5聚焦光斑輻照度分布剖面圖。

其中：1.菲涅爾透鏡；2.同心缺角等腰直角三角形單元；3.第一邊；4.第二邊；5.第三邊；6.第四邊；7.傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下實施例，凡基于上述發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡，本實施例所述分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡1的主視圖如圖1所示。它是由四個相同的同心缺角等腰直角三角形單元2(如圖3所示)的第三邊5互成90°拼接而成；所述同心缺角等腰直角三角形單元2的透鏡面刻錄了由小到大的同心圓弧，所述透鏡面為同心缺角等腰直角三角，包括第一邊3、第二邊4、第三邊5和第四邊6；所述第三邊5的兩個端點分別與第一邊4和第四邊6連接，所述透鏡面由里向外的第二圓弧為半圓，所述第三邊5經(jīng)過同心圓弧的圓心，且與第二圓弧的弦完全重合。

實施例2

一種分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡的制備方法，本實施例所述的分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡1中的同心缺角等腰直角三角形單元2可以從傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡7上切割得到，包括以下步驟：

S1：在傳統(tǒng)的點聚光菲涅爾透鏡中用AB、CD兩條相互垂直的直線把透鏡面分成四個部分(如圖4所示)，直線CD交所述點聚焦菲涅爾透鏡由中心向外第二環(huán)帶于E和F點；直線AB交所述點聚光菲涅爾透鏡由中心向外第二環(huán)帶下方于G點；

S2：連接GE、GF并延長交所述點聚焦菲涅爾透鏡最外環(huán)帶分別與H、I，連接HI得到所述同心缺角等腰直角三角形單元菲涅爾透鏡第一邊3，EH、EF、FI分別為所述同心缺角等腰直角三角形單元菲涅爾透鏡第二邊4、第三邊5和第四邊6；

S3：沿著所述同心缺角等腰直角三角形單元的四個邊將所述同心缺角等腰直角三角形單元2從所述傳統(tǒng)點聚光菲涅爾透鏡7中切割下來；

S4：將所述四個同心缺角等腰直角三角形單元2的第三邊5互成90^o做無縫拼接形成所述菲涅爾透鏡1。

從圖5可以看出，所述分區(qū)域多焦點疊加方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡的聚焦光斑形狀為方形，與太陽能電池片形狀匹配。從圖6可以看出，在(-0.5,0.5)mm范圍內(nèi)聚焦光斑輻照度最大值為3.1×10⁵W/m²，最小值為2.95×10⁷W/m²，聚光均勻度高達(dá)97.5％。