专利名称：用于聚光太阳能的菲涅尔透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能聚光装置，尤其涉及一种用于聚光太阳能的菲涅尔透镜。
背景技术：
人类面临能源短缺，温室效应加剧，环境污染严重。太阳能作为一种主要的清洁能 源，日益受到重视。目前的太阳能发电主要采用单晶硅电池、多晶硅电池或者薄膜电池。这 几种电池受工艺和原理的限制，效率比较低；与传统能源相比，成本高出1倍以上，这成为 制约太阳能发电大规模应用的瓶颈之一 。 太阳光聚光方式分为反射式和透射式两种，其中针对透射式聚光研究更多。太阳 光透射聚光一般采用塑料菲涅尔透镜，菲涅尔透镜采用锯齿形状近似透镜的曲面，太阳光 经过锯齿面折射后会聚到焦点附近，形成的光斑远小于菲涅尔透镜的面积。菲涅尔透镜具 有复制加工方便，节省透镜材料等特点。菲涅尔透镜的效率和寿命直接关系到高倍聚光太 阳能发电系统的效率和寿命。 对于太阳能发电应用，系统寿命要求20年以上。目前太阳能聚光用的菲涅尔透镜 多采用P匿A(聚甲基丙烯酸甲酯)材料加工而成。PMMA材料的菲涅尔透镜在太阳能聚光领 域中应用存在如下不足 1、 PMMA材料强度不高，尤其不适合大面积的菲涅尔透镜及菲涅尔透镜阵列，材料 自重会引起的透镜变形，从而影响聚光光斑变大，降低系统效率。 2、PMMA材料耐候性不够好，在长期暴晒下材料容易黄变，引起透过率下降，降低系 统效率和寿命。 3、 PMMA材料表面硬度不高，在风沙环境下表面容易划伤，降低系统效率和寿命。 4、PMMA材料容易形变，在野外潮湿环境，经过多次高低温循环后，材料容易翘曲变 形，影响聚光光斑变大，降低系统效率和寿命。 5、PMMA材料膨胀系数较高，与玻璃、金属等膨胀系数相差较大，密封和固定困难， 并且难以保证密封的长寿命。 近年来，随着GaAs(砷化镓)3PN节电池效率提升到40X，1000倍以上(系统有效 受光面积与太阳能电池有效面积之比)高倍聚光太阳能发电系统的研发日益受到重视，高 倍聚光发电具有更高的发电效率，更低的发电成本。
实用新型内容本实用新型的目的，就是为了提供一种强度更高、寿命更长的用于聚光太阳能的
菲涅尔透镜。 为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案一种用于聚光太阳能的菲 涅尔透镜，其特点是，由纯玻璃压制而成，其一面为光洁的平面，另一面为菲涅尔齿形面，齿 形面的中间方形部分为有效透光部分，四周设有用于固定的边。[0013] 所述的有效透光部分设有一系列的齿形同心圆，每个齿形同心圆的宽度为10mm 等宽，每个齿形同心圆的深度由透镜的焦距、玻璃材料的折射率以及齿中心到菲涅尔透镜 光轴的距离决定。 所述的各齿形同心圆上的齿为锯齿形齿，每个锯齿形齿都具有一个透光齿面和一 个不透光的齿侧面，透光齿面为光洁的斜平面，不透光的齿侧面接近垂直，具有2-5°的脱 模角度。 本实用新型用于聚光太阳能的菲涅尔透镜由于采用了以上技术方案，与现有技术 相比，具有以下的优点和和特点 1、本实用新型的菲涅尔透镜采用太阳能常用的超白玻璃压制而成，成本低，透过 率高。并经过钢化，强度高，不易变形。 2、由于采用纯玻璃制作而成，材料耐候性非常好，长期使用材料透过率不会下降， 材料不会变形。 3、材料硬度高，不易划伤，并且易于清洗。 4、由于采用纯玻璃制作，材料全部可以回收再利用，非常环保。 5、寿命长，可以满足25年以上的太阳能发电系统的实用要求。 6、10mm间距的齿形有利于改善焦面上光斑的均匀性。
图1是本实用新型的用于聚光太阳能的菲涅尔透镜的基本结构示意图； 图2是图1的A-A向剖视结构示意图； 图3本实用新型中的锯齿形齿的结构示意图； 图4是本实用新型的光学原理示意图。
具体实施方式参见图1、图2，本实用新型的用于聚光太阳能的菲涅尔透镜，由纯玻璃压制而成， 其一面1为光洁的平面，另一面2为菲涅尔齿形面，齿形面的中间方形部分21为有效透光 部分，四周22设有用于固定的边。 有效透光部分21设有一系列的齿形同心圆，各齿形同心圆上的齿为锯齿形齿，每 个齿形同心圆的宽度为10mm等宽，每个齿形同心圆的深度由透镜的焦距、玻璃材料的折射 率以及齿中心到菲涅尔透镜光轴的距离决定。 本实用新型中的锯齿形齿的结构如图3所示，每个锯齿形齿都具有一个透光齿面 a和一个不透光的齿侧面b，透光齿面a为光洁的斜平面，不透光的齿侧面b接近垂直，具有 2-5°的脱模角度a 。 本实用新型的光学原理如图4所示，垂直入射的太阳光，经过菲涅尔透镜的平面， 不改变方向，入射到倾斜的齿形面a上，经过玻璃材料的折射，太阳光线改变方向，向焦点M 会聚。光线的折射满足光学原理中的折射定律。
权利要求一种用于聚光太阳能的菲涅尔透镜，其特征在于由纯玻璃压制而成，其一面为光洁的平面，另一面为菲涅尔齿形面，齿形面的中间方形部分为有效透光部分，四周设有用于固定的边。
2. 如权利要求1所述的用于聚光太阳能的菲涅尔透镜，其特征在于所述的有效透光部分设有一系列的齿形同心圆，每个齿形同心圆的宽度为10mm等宽，每个齿形同心圆的深 度由透镜的焦距、玻璃材料的折射率以及齿中心到菲涅尔透镜光轴的距离决定。
3. 如权利要求1所述的用于聚光太阳能的菲涅尔透镜，其特征在于所述的各齿形同心圆上的齿为锯齿形齿，每个锯齿形齿都具有一个透光齿面和一个不透光的齿侧面，透光齿面为光洁的斜平面，不透光的齿侧面接近垂直，具有2-5°的脱模角度。
专利摘要本实用新型提供了一种用于聚光太阳能的菲涅尔透镜，其特点是，由纯玻璃压制而成，其一面为光洁的平面，另一面为菲涅尔齿形面，齿形面的中间方形部分为有效透光部分，四周设有用于固定的边。本实用新型的用于聚光太阳能的菲涅尔透镜与现有技术相比，具有更高的强度和更长的寿命，而且成本低，透过率高。
文档编号H02N6/00GK201464664SQ20092007773
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者章琳 申请人:章琳