线性菲涅耳反射聚光器聚焦光斑能流密度分布的计算

利用光线追迹的方法,考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响,建立线性菲涅耳反射（LFR）聚光器的三维光学几何模型,给出其光斑能流密度分布的计算式,采用Matlab软件编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的SolTrace软件仿真结果相对比,光斑能流密度分布曲线基本吻合,证明了该算法的正确性。为了获得更高的镜场聚光效率,对比了不同反射镜面型对LFR聚光器的影响。     

像面照度均匀的环带式菲涅尔透镜设计

为了解决太阳光经传统菲涅尔聚光镜聚光后太阳能电池接收面上的光强分布不均匀问题,设计了一种环带式菲涅尔聚光镜。根据菲涅尔环带设计方法,把接收面划分为与之对应的环带,使光线在经过菲涅尔聚光镜的表面环带后进入相应的接受面环带,减少了光能损失并提高了光强分布均匀性。给出了在350 nm ~760 nm波段范围内太阳张角角度为0.54°、口径200 mm、高宽比为0.65、聚光比为400的菲涅尔聚光系统设计实例,通过Tracepro模拟并分析了菲涅尔聚光镜的光学能力。结果表明:在接收面尺寸相同的情况下与参数相同的的传统匀光菲涅尔聚光镜相比,此环带菲涅尔透镜光斑能量分布均匀性达到75%。     

用于太阳光泵浦激光的抛物面环形阵列聚光器

为研制适用于太阳光直接泵浦激光器的聚能系统,在分析菲涅尔透镜聚光原理及缺陷的基础上,提出抛物面环形阵列聚光器的设计方法。完成了由抛物面环形阵列聚光器、菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器（CPC）组成的太阳光泵浦激光器二级聚能方案,并与传统菲涅尔透镜方案进行了对比。光线追迹仿真分析表明:新型聚光器能够克服传统菲涅尔透镜的色散、小棱镜面像差及光线遮挡的缺陷,从而提高聚能效,使用抛物面环形阵列聚光器的多级聚能方案较传统菲涅尔透镜的多级聚能方案聚光比提高约18.5%,更适合于大相对孔径、高聚光比聚光场合的应用。     

开放光路TDLAS气体检测系统光学接收组件设计

针对开放光路TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱技术)气体检测系统中,由于角反射器在生产及使用过程中表面光洁度下降及大气传输扰动造成回波信号入射方向与接收透镜光轴非严格平行,从而导致系统探测灵敏度下降的问题,分析回波信号与菲涅尔透镜光轴夹角不同时的汇聚点偏移量,设计了由圆锥体反射器和抛物面反射器组成的二次光学元件,并运用TracePro光学软件对其参数进行优化。在回波光线-6°~6°入射角偏差范围条件下对优化设计的光学接收组件进行聚光特性模拟。模拟结果表明:优化设计的光学接收组件接收角为4.9°,光学效率为78.24%,与单独菲涅尔透镜及菲涅尔透镜-复合抛物面聚光器(CPC)光学接收组件相比聚光性能明显提高,适用于实际检测过程。     

免跟踪透射式太阳聚光器的设计

针对目前太阳聚光器中因为自动跟踪系统故障率高导致使用成本大幅度增加的主要制约因素,在多年来探讨有效提高太阳能密度的基础上,提出了免跟踪线性菲涅尔透射式太阳聚光器设计的新思路,并对其结构形式和工作原理进行了阐述.     

均匀聚光紧凑式线性菲涅耳光伏系统实验研究

本文设计了一种具有均匀聚光效果的紧凑式线性菲涅耳太阳能光伏系统,给出了紧凑式线性菲涅耳聚光器的设计方法.对完全型紧凑式线性菲涅耳聚光光伏系统进行了光学性能分析,分析结果表明,系统具有相对较高的聚光均匀性.当其他参数一定时,随着太阳电池放置高度由小变大,系统的几何聚光比和光场利用率存在最大值.对太阳光线的跟踪精度影响进行...     

线性菲涅耳聚光系统柱面反射镜的优化与聚光特性

线性菲涅耳聚光系统采用柱面反射镜可提高聚光能力。本文提出一种柱面反射镜曲率半径的优化计算方法,建立了通用计算模型,详细分析了反射光线横向偏移的变化规律、系统瞬时光学效率和能流均匀性等。研究结果表明,柱面反射镜的最佳曲率半径与其宽度几乎没有关联,只需要考虑其与镜场中心的距离和系统有效工作时太阳横向入射角即可得到最佳值。通用计算模型所得的结果与数值精确计算的结果非常接近,最大偏差为1.26%,平均偏差为0.38%。在考虑柱面反射镜型面误差、跟踪误差和曲率半径误差的情况下,当横向入射角大于45°时,系统瞬时光学效率保持在59.46%以上。在聚焦平面的较小范围（相对距离为-0.05～0.05）内,能流密度高且均匀性较好,适合布置光伏电池组件。     

菲涅尔太阳能聚光镜的设计

讨论并设计了一种超薄的菲涅尔聚光镜,根据费玛原理设计出以非球面为截面的中心折射区域和T IR(内部全反射)棱镜为锯齿部分的折反区域,用ZEMAX软件优化得到最佳聚光态,并利用ZEMAX软件模拟出菲涅尔聚光镜聚光性及其能量分布,最终得到总厚度仅为30 mm的折反复合型菲涅尔聚光镜。实验结果表明:折反复合型菲涅尔聚光镜不仅能提高太阳能的利用率,同时也使会聚到光电池表面上的能量分布更均匀,复合式菲涅尔聚光镜的性能优于传统的菲涅尔聚光镜。     

新型圆形吸收体太阳能复合抛物聚光器面形构建及光学分析

针对圆形吸收体提出了一种几何聚光比和可接收角同步提高的新型太阳能复合抛物聚光器(CPC),构建了新型CPC面形结构模型及数学解析解。对新型CPC的聚光性能进行了分析,并与常规CPC的光学性能进行了比较,结果表明:对于切线角相同的圆形吸收体新型CPC,随着圆形吸收体的直径增大时,面形起点的纵坐标值减小;当圆形吸收体直径和切线角分别为47 mm和5.56°时,面形起点的纵坐标为-29 mm;随着光口宽度角增大,新型CPC聚光器的几何聚光比减小,可接收角和平均光学效率随着光口宽度角的增大而增大;当光口宽度角为60°时,几何聚光比为1.16,可接收角为74.39°,平均光学效率为86.77%;新型CPC聚光器吸收体表面的能流分布较传统CPC更均匀。     

线性菲涅尔太阳能系统光学性能研究与优化

为研究与优化线性菲涅尔太阳能系统的光学性能,本文采用蒙特卡罗光线追迹法(MCRT)自编程建立了整个系统的三维光学模型。基于此,分析了不同反射镜型式、瞄准位置、形面误差以及地理位置等对系统光学性能的影响规律,优化了反射镜几何参数与瞄准位置。结果表明,不同镜面型式下系统性能均存在最优值,此时圆柱面与抛物面镜光学性能几乎一样。对于吸热管热流分布,可通过优化设计反射镜瞄准线来提高热流分布均匀性,一定的形面误差也会改善其均匀性。在地理上,该系统在北纬20°~50°的范围内年均光学效率在52%~37%之间,可在我国大部分地区应用。     

平板型玻璃镜反射太阳能聚光光伏系统的实验研究

提出了一种平板型玻璃镜反射太阳能聚光器,用于太阳能聚光光伏/光热利用.其结构主要由平面框架上倾斜放置粘贴或镶嵌在平直型材上的多块条形玻璃镜构成,聚光接受体为平板光伏电池或集热管.条形玻璃镜的宽度和倾斜角度随自身所处位置、聚光接受体形状尺寸和安放角度,是否考虑太阳入射光立体角影响等因素由所给公式确定.利用CCD 法测量了...     

High concentration and homogenized Fresnel lens without secondary optics element

In this paper, we design a single concentrator to homogenize and concentrate the solar energy. The proposed concentrator only consisted of an array of refraction prisms. In order to homogenize the irradiance, all pitches of the Fresnel concentrator focus on the different position of the receiver. Finally, the Fresnel lens that achieves the uniformity of U is 14.6. An acceptance angle of 0.305° is achieved without using additional secondary optics. Full Width at Half Maximum (FWHM) of illumination distribution is 1.4 mm.     

基于复合抛物面集光器的LED教室灯具的配光设计

为了对LED教室灯具配光,建立了复合抛物面集光器配光系统。分析了LED光源发光特性,阐明了对LED光源进行二次配光的必要性。建立了三维复合抛物面集光器（CPC）模型,并由边缘光线原理计算得出三维复合抛物面集光器（CPC）模型各参数与最大出射半角m的关系,分析了m的制约因素。由阅读灯照度均匀度要求,确定了复合抛物面集光器（CPC）模型各参数的值,在光学分析软件Tracepro中建立了CPC模型,将LED光源置于其焦平面上,结合教室桌面与灯具距离,模拟了基于CPC配光的LED教室灯具的照度分布。试验结果表明,CPC配光系统最大出光半角为30时,光照均匀度超过0.7,满足建筑照明设计标准 GB 50034 2004对阅读照明的要求,该灯具有效光通可达95%以上。     

用于光伏系统新型菲涅耳线聚焦聚光透镜设计

根据边缘光线原理,优化设计太阳电池及光伏系统的菲涅耳线聚焦聚光透镜.设计光学聚光率为18×,可用于空间、地面光伏系统的聚光系统.分析了其集光角特性,表明该菲涅耳线聚焦棱镜具有大的集光角(±7°).     

平板型太阳能聚光器的无漏光设计

针对平板型太阳能聚光器中出现的漏光问题,提出了无漏光聚光器的设计方法.该方法结合简单的数学计算与折射定律、反射定律推导出光线在光波导板中无漏光传播的最大距离理论公式,建立了无漏光聚光比与空气隙结构张角角度、主聚光器高度和宽度之间的数学模型,利用控制变量法分析了无漏光聚光比与各参数之间的关系.运用光线追迹软件对所设计的平板型无漏光太阳能聚光器进行光线追迹模拟,结果表明:在模拟光源选择存在0.27°的发散半角的太阳光源条件下,考虑光线在透射面处的菲涅耳损失和光学材料的吸收,在无漏光范围内实际最大聚光比达到698×、857×和1 032×时的聚光效率分别为88.2%、85.3%和80.2%;超过无漏光范围后随着聚光比进一步增大聚光效率下降较平缓.     

紫外通信中复合抛物面聚光器的优化

为了提高紫外通信系统中接收机探测信号的灵敏度和效率,设计光学天线增强对大气中微弱信号的收集能力。结合紫外光通信系统的实际工程背景,对光探测中的复合抛物面聚光器（CPC）进行旋转、平移、截顶和截底4种优化,并做了详细的计算、模拟与仿真;通过对不同优化方法的最大入射角、接收光通量效率以及入射角与采集率关系的计算分析,得出不同参数优化后的工程适用条件,即负向旋转法可用于视线直射远距通信,截底法适用于非视线散射近距通信,而截顶法可用来替换标准CPC并达到节约材料成本的目的。     

Concentrator for solar air heater

A focusing collector for air heater, the concentrator being Fresnel lenses, is here examined. The sunlight is focalized on black-body metallic sheets, contained in an insulated box, through which the energy is transferred to the fluid (dry air). The sheets, having the same height, are arranged at a distance one from another increasing from the center to the edges in order to trap all the incident energy. The energy reflected by the sheets is also trapped. A thermotechnical analysis of the system in order to determine the optimal conditions for the heat transfer is reported.