菲涅尔透镜聚光器特性分析(附件)【字数：7950】
摘 要在全球范围内，能源短缺与环境问题，不断的恶化，对人类生产生活的影响不断加剧，这也迫切要求发展可再生与可持续的能源。近年来，光伏发电技术作为一种极具发展前景的可再生能源，其光伏发电总量在2012年仅达到近100千兆瓦。然而，相对于传统的采用石化能源进行发电的方式来说，应用光伏发电其成本非常高，学术界也对如何降低其成本进行了广泛的研究。随着浓度的增加，光伏的S值降低。以往所应用的太阳能电池，主要是III-V型多结太阳电池。此类电池的集成度和成本都比较高。所以，在进行浓缩时，人们更加倾向于请用成本更低的硅太阳能电池。对于菲涅尔透镜而言，其主要是对透镜的光学原理进行应用。在实际进行应用时，可以发现菲涅尔透镜具有很多缺陷，比如在聚光效率方面整体上比较低；而且在聚光的光斑能量分布方面，也非常不均匀，这些都会该透镜的聚光性能产生了非常大的影响。本文在此对其进行分析。据此提出优化的策略。
目 录
第一章 引言 1
1.1 背景介绍 1
1.2 课题研究的意义 2
1.3 聚光光伏系统研究现状 2
1.4 菲涅尔透镜研究现状 3
1.5 论文的研究内容 3
第二章 菲涅尔透镜基本理论 5
2.1 聚光器的基本理论 5
2.2 菲涅尔透镜简介 5
2.3 菲涅尔透镜设计原理和方法 6
2.4 菲涅尔透镜的分类 7
2.5 聚光性能参数 8
2.6 本章小结 8
第三章 传统菲涅尔透镜聚光性及其改进方案 9
3.1 菲涅尔透镜的优点 9
3.2 传统菲涅尔透镜的缺点 9
3.3 菲涅尔透镜改进设计方案 11
3.4 本章小结 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 引言
背景介绍
当前时期，在地球大气层中，CO2的浓度呈现出明显的上升态势。根据科学家和学术界一致的观点，导致这一现象的主要原因就是化石矿物燃料消耗过多，进而排放出了大量的CO2，导致其浓度不断增长。由于温室气体排放量的不断增长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，导致全球气候变暖的趋势非常显著，这也会导致降水量等的再分配，并且会带来很多自然现象发生改变，比如导致冰川融化等，进而对自然生态平衡带来严重威胁，使得人类的生活环境也受到非常大的挑战。根据一些学者的观点，如果无法控制CO2的排放量，促使其不断下降，则全球变暖的趋势将不可逆转。所以，当前时期，最为紧迫的就是寻找清洁能源，去代替对传统能源的消耗。在全球范围内，能源短缺在是一个普遍的问题。伴随化石燃料的储量不断降低，而太阳能的资源却非常丰富。因此，可以对其进行充分的利用，以解决能源消耗问题，比如可以采用光热转换与光电转换两种主要的形式。对于太阳能而言，在应用其进行发电时，属于可再生能源的一种。而从广义上来看，其包含了地球上已经形成的水能与风能等。
对于我国而言，在绝大部分地区都具有非常丰富的太阳能资源，而且储量非常丰富。太阳能主要有以下的优点：
1、普遍性。只要具备太阳能的地方，就能够被开发利用。
2、无穷无尽性。太阳能对于我们来说应该是取之不尽用之不竭的。
3、清洁。太阳能相对于化石燃料来说绝对是是一种环保而又没有污染的可再生能源，不会污染环境。
4、经济实用性。太阳能可以说是一种没有成本的新型能源。
凡事要从客观的角度来评论，尽管太阳能地区哦是有很多优点，但不代表就没有缺点。其主要缺点包括：
1、 能量密度小。大气会吸收和反射多数的太阳能。他只有少数的部分可以通过大气层到达地球表面从而被我们使用。
2、 地区间分布不均匀。在不同区域之间，太阳能的分布并不均匀，纬度的影响最大。
3、地球自转也有影响。夜晚缺乏太阳能，相关设备在夜间并不能开展工作。
4、 能量的不稳定性。阳光到达大气后会受到云层的影响，所以太阳能并不稳定。
课题研究的意义
对于太阳能光伏领域而言，菲涅尔的作用，就是作为聚光部件进行应用。其可以对光线进行转换，促使其从光线比较大的区域向相对小的面积上进行转换。对于价格相对较低的菲涅尔透镜来说，其制作的原材料主要是透明塑料和模塑等，可以将其尺寸设计的大于剥离，而且质量更轻，也非常经济。所以，在太阳灶与热水器等设备上，也会使用大型的菲涅尔透镜。最近几年，在太阳能光伏发电领域中，由于太阳能电池比较高效，这也使得菲涅耳透镜发展的速度不断加快。但是生产商所提供的透镜，使得光伏产业的成本下降空间不断增大，也大大提升了建设和语音太阳能光伏发电站的可能性但是，在应用菲涅耳透镜集时，存在严重的光分布不均以及局部热点等方面的问题。首先，由于存在局部热点，会使得电池转换的效率大大降低；另一方面，会对电池造成损坏，进而导致其寿命不断的减少，而分布会出现严重的不均匀现象，也制约了该透镜的应用和发展。因此，本文对其进研究，以期更好的解决其存在的缺陷问题。
聚光光伏系统研究现状
当前时期，很多国家都在对集中光伏发电系统进行研究，重点针对如何降低成本方面的问题。对于聚光光伏表而言，通过应用集中器，汇聚太阳光使之进入更小的范围内，进而减少对太阳能电池的应用，以实现成本的降低。图11，是光伏系统的结构图。
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图11 聚光光伏系统结构图
当前时期，聚光光伏发电是发展速度最快，而且潜力最大的发电形式，其效率非常高，而且无需过多的占地面积，可以实现稳定的发电。在未来，发展光伏发电时，这一发电形式必将成为最重要的形式。
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图12 聚光光伏系统实物图
菲涅尔透镜发展现状
菲涅尔透镜的价格比较便宜，而且重量比较轻，属于平面化聚光镜的一种。可以将其分为两类，分别是线聚焦与点聚焦。其原材料多是有机剥离和其他相关的透明材料，在聚光太阳能电池上，应用的范围非常广泛。
我国在改革开放以后，也开始大量研究菲涅尔透镜。最初阶段应用两种方法对其进行加工，分别是模压方法与组合成型方法，但是取得的结果与预期相差甚远。近些年来，一些学者提出应用模压方法对线性玻璃菲涅尔透镜进行加工。而且在加工时，依然存在缺乏精度的难题，并聚光效果也比较差。
目 录
第一章 引言 1
1.1 背景介绍 1
1.2 课题研究的意义 2
1.3 聚光光伏系统研究现状 2
1.4 菲涅尔透镜研究现状 3
1.5 论文的研究内容 3
第二章 菲涅尔透镜基本理论 5
2.1 聚光器的基本理论 5
2.2 菲涅尔透镜简介 5
2.3 菲涅尔透镜设计原理和方法 6
2.4 菲涅尔透镜的分类 7
2.5 聚光性能参数 8
2.6 本章小结 8
第三章 传统菲涅尔透镜聚光性及其改进方案 9
3.1 菲涅尔透镜的优点 9
3.2 传统菲涅尔透镜的缺点 9
3.3 菲涅尔透镜改进设计方案 11
3.4 本章小结 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 引言
背景介绍
当前时期，在地球大气层中，CO2的浓度呈现出明显的上升态势。根据科学家和学术界一致的观点，导致这一现象的主要原因就是化石矿物燃料消耗过多，进而排放出了大量的CO2，导致其浓度不断增长。由于温室气体排放量的不断增长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，导致全球气候变暖的趋势非常显著，这也会导致降水量等的再分配，并且会带来很多自然现象发生改变，比如导致冰川融化等，进而对自然生态平衡带来严重威胁，使得人类的生活环境也受到非常大的挑战。根据一些学者的观点，如果无法控制CO2的排放量，促使其不断下降，则全球变暖的趋势将不可逆转。所以，当前时期，最为紧迫的就是寻找清洁能源，去代替对传统能源的消耗。在全球范围内，能源短缺在是一个普遍的问题。伴随化石燃料的储量不断降低，而太阳能的资源却非常丰富。因此，可以对其进行充分的利用，以解决能源消耗问题，比如可以采用光热转换与光电转换两种主要的形式。对于太阳能而言，在应用其进行发电时，属于可再生能源的一种。而从广义上来看，其包含了地球上已经形成的水能与风能等。
对于我国而言，在绝大部分地区都具有非常丰富的太阳能资源，而且储量非常丰富。太阳能主要有以下的优点：
1、普遍性。只要具备太阳能的地方，就能够被开发利用。
2、无穷无尽性。太阳能对于我们来说应该是取之不尽用之不竭的。
3、清洁。太阳能相对于化石燃料来说绝对是是一种环保而又没有污染的可再生能源，不会污染环境。
4、经济实用性。太阳能可以说是一种没有成本的新型能源。
凡事要从客观的角度来评论，尽管太阳能地区哦是有很多优点，但不代表就没有缺点。其主要缺点包括：
1、 能量密度小。大气会吸收和反射多数的太阳能。他只有少数的部分可以通过大气层到达地球表面从而被我们使用。
2、 地区间分布不均匀。在不同区域之间，太阳能的分布并不均匀，纬度的影响最大。
3、地球自转也有影响。夜晚缺乏太阳能，相关设备在夜间并不能开展工作。
4、 能量的不稳定性。阳光到达大气后会受到云层的影响，所以太阳能并不稳定。
课题研究的意义
对于太阳能光伏领域而言，菲涅尔的作用，就是作为聚光部件进行应用。其可以对光线进行转换，促使其从光线比较大的区域向相对小的面积上进行转换。对于价格相对较低的菲涅尔透镜来说，其制作的原材料主要是透明塑料和模塑等，可以将其尺寸设计的大于剥离，而且质量更轻，也非常经济。所以，在太阳灶与热水器等设备上，也会使用大型的菲涅尔透镜。最近几年，在太阳能光伏发电领域中，由于太阳能电池比较高效，这也使得菲涅耳透镜发展的速度不断加快。但是生产商所提供的透镜，使得光伏产业的成本下降空间不断增大，也大大提升了建设和语音太阳能光伏发电站的可能性但是，在应用菲涅耳透镜集时，存在严重的光分布不均以及局部热点等方面的问题。首先，由于存在局部热点，会使得电池转换的效率大大降低；另一方面，会对电池造成损坏，进而导致其寿命不断的减少，而分布会出现严重的不均匀现象，也制约了该透镜的应用和发展。因此，本文对其进研究，以期更好的解决其存在的缺陷问题。
聚光光伏系统研究现状
当前时期，很多国家都在对集中光伏发电系统进行研究，重点针对如何降低成本方面的问题。对于聚光光伏表而言，通过应用集中器，汇聚太阳光使之进入更小的范围内，进而减少对太阳能电池的应用，以实现成本的降低。图11，是光伏系统的结构图。
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图11 聚光光伏系统结构图
当前时期，聚光光伏发电是发展速度最快，而且潜力最大的发电形式，其效率非常高，而且无需过多的占地面积，可以实现稳定的发电。在未来，发展光伏发电时，这一发电形式必将成为最重要的形式。
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图12 聚光光伏系统实物图
菲涅尔透镜发展现状
菲涅尔透镜的价格比较便宜，而且重量比较轻，属于平面化聚光镜的一种。可以将其分为两类，分别是线聚焦与点聚焦。其原材料多是有机剥离和其他相关的透明材料，在聚光太阳能电池上，应用的范围非常广泛。
我国在改革开放以后，也开始大量研究菲涅尔透镜。最初阶段应用两种方法对其进行加工，分别是模压方法与组合成型方法，但是取得的结果与预期相差甚远。近些年来，一些学者提出应用模压方法对线性玻璃菲涅尔透镜进行加工。而且在加工时，依然存在缺乏精度的难题，并聚光效果也比较差。
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