【技術實現步驟摘要】
本專利技術之由若干個子透鏡系統組合而成的日光集光器件屬于日光收集。
技術介紹
1、在現有的日光集光裝置中，通常的日光集光器件采用非陣列的單一透鏡形式，實現日光跟蹤則需要借助類似于全方位云臺、三維機器人、經緯儀座等機械機構，其弊端在于，所采用的單一透鏡鏡面矢高較高，透鏡的厚度也隨著口徑的增大而增大，實現日光跟蹤的機械裝置的結構也較復雜，機械動作往往為至少兩個方向的弧線運動，所有這些導致日光集光裝置體積、重量都較大，跟蹤控制復雜，制造成本高。
2、日光收集是太陽能利用過程中的一個環節，日光光源(太陽)的位置隨季節、時間的變化而移動，這是制約提高日光收集效率的一個核心因素。在現有技術中，日光收集裝置要么以隨動的方式收集日光，要么在靜止中以其他方式收集日光。
3、申請號為202321079062.7、名稱為“一種角度可調的太陽能集光裝置”的一件中國技術專利提供了一項方案，該方案以實時擺動的方式收集日光，通過機械調節集光板的角度跟蹤日光，提高收集效率，但是，其結構復雜、體積大，機械動作也就復雜、占用空間大，制造成本高，維護工作量大。
4、申請號為201910390715.5、名稱為“一種集光器用集光孔陣列板”的一件中國專利技術專利提供了又一項日光收集方案，該方案以靜止的方式收集日光，雖然該方案能夠提高收集效率，但是，其結構仍較為復雜，用到大面積多單元多層陣列板，如透鏡陣列板、錐形陣列板、集光孔陣列板，制作、裝配難度較大。
技術實現思路
1、為了在提高日光收
2、在本專利技術中，如圖1所示，子透鏡系統具有伽利略式結構，其組成部分自日光入射至日光出射方向依次是凸平透鏡1、平凸透鏡2、雙凹透鏡3，凸平透鏡1、平凸透鏡2各自的平鏡面的空間位置重合，平凸透鏡2的凸鏡面與雙凹透鏡3的入射凹鏡面相離，凸平透鏡1的凸鏡面入射角θ在0～±40°范圍內，入射光自凸平透鏡1的凸鏡面入射子透鏡系統，再先后經平凸透鏡2、雙凹透鏡3兩次折射，以0°出射角出射；如圖2所示，m×n個所述子透鏡系統組合構成子透鏡系統陣列，子透鏡系統陣列的組成部分自日光入射至日光出射方向依次是凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s、雙凹透鏡陣列3s，如圖2、圖3所示，后繼聚光透鏡4位于所述子透鏡陣列的出光光路上，后繼聚光透鏡4與雙凹透鏡陣列3s共光軸且口徑相同；凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s能夠分別在相互垂直的x方向或/和y方向上錯動，所述x方向、y方向均與后繼聚光透鏡4和雙凹透鏡陣列3s共同光軸所在的z方向垂直。
3、本專利技術其技術效果如下所述。
4、本專利技術以m×n＝5×5的凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s、雙凹透鏡陣列3s替代口徑相同的單一透鏡，由于子透鏡的矢高遠小于單一透鏡的矢高，因此，各個透鏡陣列的厚度很小，從而能夠大幅減小日光集光器件的體積和重量。
5、當本專利技術中的凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s自入射角θ＝0°位置在x方向上向左下方錯動到入射角θ＝-40°的位置，如圖4、圖5所示，本專利技術之日光集光器件能夠接收來自地平線的日光；當本專利技術中的凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s自入射角θ＝0°位置在x方向上向右上方錯動到入射角θ＝40°的位置，如圖4、圖6所示，本專利技術之日光集光器件能夠接收當空日光，也就是說在俯仰方向，本專利技術能夠在最大80°的視場角范圍內跟蹤集光。另外，本專利技術當本專利技術中的凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s自入射角θ＝0°位置在y方向上錯動，同理，既能夠接收日出、日落時的日光，也能夠接收正午時分的日光，也就是說在方位方向，本專利技術同樣能夠在最大80°的視場角范圍內跟蹤集光。當將本專利技術中的凸平透鏡陣列1s、平凸透鏡陣列2s在x方向、y方向這兩個直線方向上的錯動合成，即可實現從日出到日落大視場跟蹤接收日光，而且，當子透鏡系統的口徑為5mm時，錯動量為毫米級，最大錯動距離不超過20mm。而現有技術則是兩個方向的厘米級弧線運動。可見，相比于現有技術，本專利技術以光學的方式，輔以小幅、簡單的機械動作，即可在大視場范圍內、日間全程跟蹤接收日光，體現出本專利技術之日光集光器件結構簡單，體積小，工作過程中占用空間小，日光集光器件的制造、裝配和使用成本低等特點。
6、由于本專利技術之日光集光器件是在大視場角范圍內跟蹤集光，或者說凝視太陽，而不是以大視場角集光，因此，每時每刻接收日光的方向性都很強，雖然日光集光器件的口徑不大，但是，定向效率較高、跟蹤質量也較高，盡管存在陽光散度，仍能有效收集。這一技術效果還可以從如下敘述看出，本專利技術中的子透鏡系統陣列在0～±40°的大角度范圍內，在俯仰、方位兩個跟蹤方向上，多角度連續變化接收日光，單一0°角出射平行光，再由后繼聚光透鏡4將所述平行光匯聚成點光斑，如圖3、圖5、圖6、圖7所示，提高了光斑的功率密度，使得較小尺寸的太陽能板能夠收集更多的光能，最終完成對日光的集光。
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1.由若干個子透鏡系統組合而成的日光集光器件，其特征在于，子透鏡系統具有伽利略式結構，其組成部分自日光入射至日光出射方向依次是凸平透鏡(1)、平凸透鏡(2)、雙凹透鏡(3)，凸平透鏡(1)、平凸透鏡(2)各自的平鏡面的空間位置重合，平凸透鏡(2)的凸鏡面與雙凹透鏡(3)的入射凹鏡面相離，凸平透鏡(1)的凸鏡面入射角θ在0～±40°范圍內，入射光自凸平透鏡(1)的凸鏡面入射子透鏡系統，再先后經平凸透鏡(2)、雙凹透鏡(3)兩次折射，以0°出射角出射；m×n個所述子透鏡系統組合構成子透鏡系統陣列，子透鏡系統陣列的組成部分自日光入射至日光出射方向依次是凸平透鏡陣列(1S)、平凸透鏡陣列(2S)、雙凹透鏡陣列(3S)，后繼聚光透鏡(4)位于所述子透鏡陣列的出光光路上，后繼聚光透鏡(4)與雙凹透鏡陣列(3S)共光軸且口徑相同；凸平透鏡陣列(1S)、平凸透鏡陣列(2S)能夠分別在相互垂直的x方向或/和y方向上錯動，所述x方向、y方向均與后繼聚光透鏡(4)和雙凹透鏡陣列(3S)共同光軸所在的z方向垂直。
2.根據權利要求1所述的由若干個子透鏡系統組合而成的日光集光器件，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的由若干個子透鏡系統組合而成的日光集光器件，其特征在于，當接收入射角θ為0°的日光時，子透鏡系統中的凸平透鏡(1)、平凸透鏡(2)、雙凹透鏡(3)光軸重合，當接收入射角θ為0°＜θ≦±40°的日光時，凸平透鏡(1)沿與所述光軸垂直的x方向或者y方向的錯動距離為Δ2，平凸透鏡(2)同時也沿相同方向錯動Δ2-Δ1，錯動幅度小于凸平透鏡(1)，在錯動過程中，凸平透鏡(1)、平凸透鏡(2)光軸形成間距Δ1；
...【技術特征摘要】
1.由若干個子透鏡系統組合而成的日光集光器件，其特征在于，子透鏡系統具有伽利略式結構，其組成部分自日光入射至日光出射方向依次是凸平透鏡(1)、平凸透鏡(2)、雙凹透鏡(3)，凸平透鏡(1)、平凸透鏡(2)各自的平鏡面的空間位置重合，平凸透鏡(2)的凸鏡面與雙凹透鏡(3)的入射凹鏡面相離，凸平透鏡(1)的凸鏡面入射角θ在0～±40°范圍內，入射光自凸平透鏡(1)的凸鏡面入射子透鏡系統，再先后經平凸透鏡(2)、雙凹透鏡(3)兩次折射，以0°出射角出射；m×n個所述子透鏡系統組合構成子透鏡系統陣列，子透鏡系統陣列的組成部分自日光入射至日光出射方向依次是凸平透鏡陣列(1s)、平凸透鏡陣列(2s)、雙凹透鏡陣列(3s)，后繼聚光透鏡(4)位于所述子透鏡陣列的出光光路上，后繼聚光透鏡(4)與雙凹透鏡陣列(3s)共光軸且口徑相同；凸平透鏡陣列(1s)、平凸透鏡陣列(2s)能夠...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃蘊涵，梁行，李澤政，鞠琪，張禛，
申請(專利權)人：長春理工大學，
類型：發明
國別省市：
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