針對傳統(tǒng)導(dǎo)光板型太陽能聚光器中存在的漏光問題,提出了基于拋物線方程和梯度折射率計算方法的太陽能聚光器設(shè)計,與勻質(zhì)材料的聚光系統(tǒng)做了對比分析,獲得了較高的光學(xué)效率,并對其耦合后的入射角度與聚光模塊的拋物線系數(shù)及其高度之間的關(guān)系進行了研究。為實現(xiàn)接近理想情況下的光線自聚焦現(xiàn)象,研究了光波導(dǎo)板內(nèi)部折射率的分布情況。在考慮菲涅爾反射損耗和各處材料的吸收損耗等情況下,利用LightTools光學(xué)仿真軟件對所設(shè)計的聚光系統(tǒng)進行光線追跡,結(jié)果表明:在光波導(dǎo)板長度為55 mm時,光學(xué)聚光比達到22,光學(xué)效率為80%,該聚光器系統(tǒng)性能最佳,為小型聚光光伏系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用發(fā)揮了一定的指導(dǎo)作用。 

【文章來源】：長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,43(05)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

聚光器結(jié)構(gòu)示意圖

此時，在三維空間中得到一個外表面是拋物面的實體，如圖2(b）所示。將實體復(fù)制并沿著z軸平移1 2a的距離，經(jīng)過合并剪裁，可以得到一個內(nèi)外表面都是拋物面的實體結(jié)構(gòu)，如圖2(c）所示。再將得到的實體結(jié)構(gòu)切除兩側(cè)邊緣部分，保留中間的距離為D。以一個球心與拋物面焦點重合的球體結(jié)構(gòu)切除底部，其中球體的半徑R需要滿足1.2 勻質(zhì)材料光波導(dǎo)板與梯度折射率材料光波導(dǎo)板的對比

經(jīng)過位于上方的聚光模塊會聚的光線，需要一種耦合結(jié)構(gòu)才能順利進入光波導(dǎo)板，如圖3所示。該耦合結(jié)構(gòu)為簡單的半球體，位于光波導(dǎo)板的上表面，利用其對光線的傳播方向不發(fā)生改變的性質(zhì)，可以將被聚光模塊會聚的光線順利地導(dǎo)入光波導(dǎo)板中，此設(shè)計既可以節(jié)約加工的成本，也保證了光線沒有任何的角度改變。半球體的半徑大小可以設(shè)置為0.1 mm，對應(yīng)于聚焦的光斑大小。對于勻質(zhì)材料的光波導(dǎo)板，也采用上述的聚光模塊和耦合結(jié)構(gòu)作對比說明，如圖4所示。大量的光線由光波導(dǎo)板漏出，并且光線在光波導(dǎo)板中發(fā)生多次反射，顯著地降低了光學(xué)效率。如果采用一個相對較短的光波導(dǎo)板，雖然可以緩解效率下降的問題，但是會導(dǎo)致聚光器的幾何聚光比降低。因此，在兼顧光學(xué)效率和幾何聚光比的情況下，勻質(zhì)材料光波導(dǎo)板聚光器不能完全地發(fā)揮其光學(xué)性能。

【參考文獻】：
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