[发明专利]一种双面菲涅尔透镜

说明书

本发明公开了一种双面菲涅尔透镜，包括入射面和出射面，所述入射面和出射面均为设置有多条凹陷的齿槽，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面均为弧面结构，下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的变化而变化。本发明通过双面的结构设计，可将聚光器焦距与聚光器口径的比压缩至0.7，同时齿槽中的齿面采用弧面结构，可实现齿间距可以任意选择的同时，依然能获得较小的光斑，即使用较大的齿间距在提高光效的同时满足较高的聚光倍数。

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种双面菲涅尔透镜。

背景技术

目前的菲涅尔透镜均为单面结构，即入射面为平面结构，出射面为有多条凹陷的齿槽结构，该结构设计使得聚光组件的厚度比较厚，聚光器焦距与聚光器口径的比(F/#)通常为1.1，而且现有菲涅尔透镜齿槽中的齿面均设为平面，这样就必须要求菲涅尔透镜本身非常薄，即齿间距极小，通常要求在0.5mm以下，齿间距如果过大，将导致光斑过大。但由于工艺的原因，导致每一个齿尖与齿底，即每一个齿面的分段处，将形成圆角，而在该圆角的部分，将会有光损失，而且齿越小则光效损失越大。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在提高光效的同时满足较高聚光倍数的双面菲涅尔透镜。

本发明的技术方案是这样实现的：一种双面菲涅尔透镜，包括入射面和出射面，其特征在于：所述入射面和出射面均为设置有多条凹陷的齿槽，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面均为弧面结构，下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的变化而变化，将光线离散化且从右至左进行编号，分别为0、1、2、3至N，且假设相邻两条光线之间的间距为ΔX，通过每一根光线的光路确定其所通过对应齿槽中上、下部弧形齿面轮廓形状的曲线方程；

首先，确定上部齿面的方程，其曲线方程满足：

y_n＝y_n-1+△x*tanβ

x_n＝x_n-1-△x

sinβ＝nsinθ

其中，x_n为第N条光线的X值，m是第N条光线通过该曲线后在焦点处的X值，a为透镜半口径，b为焦点半径，y_n为第N条光线与曲线交点的Y值，ΔX为相邻两条光线的间距，β为光线的入射角，θ为入射角，α为折射光线与X轴的夹角，h为x轴与焦点的垂直距离，n是材料折射率；

其中a、b,ΔX、h、n为已知，且Y₀＝0，通过上式，选取适当的x值，即可求得每一个齿的曲线点；

其次，当所述上部齿面的曲线方程确定后，再确定下部齿面的方程，其曲线方程满足：

△x＝[x_n-1-ctgα_n-1*(y_n-1+h₀)]-[x_n-ctgα_n(y_n+h₀)]………公式1

△x'＝△x-ctg(α_n-1)*(y'_n-1-h₀)+ctgα_n(y'_n-h₀)…………公式2

y'₀＝y'_n-1-△x'*tgφ_n-1…………公式3

x'_n＝x'_n-1-△x'………公式5