[发明专利]太阳能低倍聚光透镜及其生产方法

说明书

本发明属于太阳能的利用技术领域，是关于一种太阳能低倍聚光透镜及其生产方法。

太阳能的利用主要是用聚光器将太阳热聚集用来发电、热水等，而聚光器分为非成象太阳聚光器和成象形透镜太阳能聚光器、非成象太阳能聚光器有常用的抛物面形聚光器等如公告CN85101607A、发明名称“复合平面太阳能聚光器”的专利申请介绍了就是一种非成象太阳能聚光器，该聚光器是由对称分布的两个反射壁组成的槽形聚光器，这类聚光器有一个共同的特征就是结构复杂、制造困难、成本高、难以推广使用。而成象形透镜一般都是采用光学玻璃制造，价格昂贵、成本高，而太阳能的基本特点是能量密度小，欲获得可利用的能量需大面积的光学接收器件，若采用光学玻璃，价格、造价不可能为民间接收。而用有机玻璃制造又容易老化和龟裂，因而难以广泛推广应用。

本发明的目的是要提供一种结构简单、制造容易、能够大批量连续进行生产的太阳能低倍聚光透镜及其生产方法。

本发明的太阳能低倍聚光透镜是根据菲湟尔透镜原理而设计的，该低倍聚光透镜的底面为平面，表面为平行排列的锯齿，每个锯齿相当于一个很长的小凸透镜。一个锯齿能会聚一条光斑线，平行排列的锯齿能会聚一条光斑带。由于菲湟尔透镜的光斑是照度不均匀的，为了得到均匀的照度，锯齿有三种形状即Ⅰ形、Ⅱ形和Ⅲ形，三种形状的锯齿分段分布即在一定距离内都为平行排列的Ⅰ形锯齿，紧挨着的一定距离内都为平行排列的Ⅱ形锯齿，再跟着一定距离内都为平行排列的Ⅲ形锯齿，锯齿的顶角αi由以下公式来确定：

αi＝90°+θ-Ai（i＝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）

式中：θ-生产工艺修正值，Ai-锯齿倾斜角，其值按菲湟尔透镜原理推算出来，计算依据是使三段的光斑带会聚为一条光斑带，由于每一段形成的光斑内照度基本上是均匀的，而每一段光斑的宽度都相同，且各段的光斑正好重迭，故焦斑上的总照度也是均匀的。锯齿的宽度（或齿顶距离）Li与锯齿高度h的关系由锯齿形状根据三角公式推导出为：

Li＝h· (Sinαi)/(SinAi·Cosθ) （i＝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）

h值的确定是兼顾透镜成形后的透光度与透镜的厚度H两者而设计的，当厚度一定时，h大，Li也大，透镜透光好，但透镜的强度会减弱，故h值大约应为透镜总厚度的一半最好。

本发明的太阳能低倍聚光透镜可采用无色的透明材料制造如普通玻璃、塑料、有机玻璃等，在这些材料中采用普通玻璃制造最好。因为用熔化的玻璃料可采用压延法连续生产，生产成本低、与光学玻璃相比成本大大降低，而光学性能相差不大，欲获得相同的能量，只需要增加一点接收面积便可达到，如遇损坏更换便宜。因此宜采用透光性好的普通玻璃（高白料玻璃），普通玻璃的化学成分组成范围为：

SiO₂60-75% Al₂O₃2-5% Fe₂O₃0.01-0.3%

CaO 7-11% MgO 2-6% R₂O（即Na₂O+K₂O） 12-16%

B₂O₃0.5-1%

在化学成分的组成中要严格控制铁的含量、铁的存在使玻璃着色、降低玻璃的透光性能。玻璃中含有B₂O₃能大大改善普通玻璃的光学性能，但含量高会影响玻璃的制造成本。

本发明的用普通玻璃生产太阳能低倍聚光透镜的方法是按上述的玻璃化学成分来配制玻璃原料，玻璃原料在熔化池窑里熔化后，玻璃液由供料道拉出按压花玻璃成型法成型即经压延机压延、冷却后再经退火窑退火处理、切裁、包装，压延机有光辊和花辊，花辊的花纹按照透镜表面锯齿的形状和分布要求制模即花纹为平行排列的锯齿形状，锯齿有三种形状即Ⅰ模形、Ⅱ模形、Ⅲ模形，是低倍聚光玻璃透镜的压模。Ⅰ模、Ⅱ模、Ⅲ模的意义表示该花纹的锯齿形状与前面所述的低倍聚光透镜的形状相反，为模具和模制品关系。

下面结合实施例附图对本发明作进一步的描述。

图1太阳能低倍聚光透镜示意图;

图2锯齿放大图;

图3压延法生产低倍聚光玻璃透镜工艺示意图;

图4花辊结构剖视图。