br>[0027] 圖8為光效隨入射光偏角變化示意圖；
[0028] 圖9為不同入射角所對(duì)應(yīng)的光斑輻照度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 在傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)中，通常只有一個(gè)焦距，最后全波段模擬時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重 的色差現(xiàn)象。為了降低由于折射率隨光譜變化帶來(lái)的色差的影響，本發(fā)明的一種用于高倍 聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡及其設(shè)計(jì)方法，采用分區(qū)的方法，即把透鏡分成3個(gè)區(qū) 域進(jìn)行設(shè)計(jì)，分區(qū)方法如下：光線通過(guò)S0G透鏡聚焦后入射到S0E棱鏡表面，根據(jù)S0G透鏡 聚焦后入射到S0E棱鏡表面的三種不同光路：a)聚焦光斑在S0E棱鏡上表面上方；b)聚焦 光斑正位于S0E棱鏡上表面；c)聚焦光斑在S0E棱鏡上表面下方，在透鏡中入射的位置將 透鏡分為3個(gè)區(qū)域，且每個(gè)區(qū)域面積相等，如圖4所示。
[0032] 光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)需要確定材料的折射率，而折射率與波長(zhǎng)有關(guān)，所以將菲涅耳透鏡預(yù) 先進(jìn)行區(qū)域劃分后需要對(duì)每個(gè)區(qū)域指定設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，在這里，由于給定的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)不一樣， 所對(duì)應(yīng)的焦距也不一樣，所以不同設(shè)計(jì)波長(zhǎng)對(duì)透鏡設(shè)計(jì)并無(wú)影響，通常的光學(xué)設(shè)計(jì)波長(zhǎng)為 550nm，本實(shí)施例將每個(gè)區(qū)域指定的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)設(shè)為550nm。圖5為在550nm波長(zhǎng)下，三個(gè)區(qū)域 的不同光路圖。
[0033] 對(duì)各區(qū)域的焦距使用TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬優(yōu)化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，匹配得到 最佳的光學(xué)性能。此處，光學(xué)性能優(yōu)化的指標(biāo)為1、使頂、中電池波段光學(xué)效率達(dá)到最大，并 且做到匹配；2、光在電池表面的照度均勻性；3、接收角容差大。菲涅耳透鏡的焦距由齒形 決定，焦距不同，齒形也隨之改變，因此，焦距得到后也就確定了菲涅耳透鏡的齒形。即設(shè)計(jì) 出菲涅耳透鏡的面型。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] 均勻性分析
[0036] 給定設(shè)定參數(shù)：a)菲涅爾透鏡：由玻璃加硅膠復(fù)合制成（n~1. 41)，面型起膜角 =0°，齒高< 〇? 35mm，孔徑=330X330mm;b)S0E:H-K51 玻璃（n~1. 52) ;c)高效三結(jié)太 陽(yáng)能電池，尺寸=l〇X10mm;d)工作距（透鏡下表面到芯片上表面）=530mm〇
[0037] 均勻性
[0038]光斑能量的均勻度可以表示為：
[0039]
[0040] 其中，E_代表光能接受面上光輻照度的最大值，E_n代表光能接受面上光輻照度 的平均值。
[0041] 通過(guò)本發(fā)明的方法分區(qū)設(shè)計(jì)后的透鏡，匹配平頂棱鏡，在芯片端產(chǎn)生的輻照度分 布如圖6所示。圖7為傳統(tǒng)的點(diǎn)聚焦透鏡匹配相同的平頂棱鏡產(chǎn)生的輻照度分布圖。兩圖 對(duì)比可知，點(diǎn)聚焦透鏡產(chǎn)生的輻照度呈現(xiàn)明顯的高斯分布，而分區(qū)設(shè)計(jì)的透鏡芯片邊緣光 得到很大的提升，高斯分布消失。根據(jù)均勻度定義，點(diǎn)聚焦的光輻照度最大值與平均值分別 為8.6X105與1. 9X105,均勻度為36. 2% ;分區(qū)設(shè)計(jì)聚焦的光輻照度最大值與平均值分別 為4. 6X105與1. 8X105,均勻度為56. 3%，均勻性比點(diǎn)聚焦提高了 55. 5%。
[0042] 實(shí)施例3
[0043] 接收角分析
[0044] 當(dāng)入射光偏移時(shí)，光效也隨之降低，兩者關(guān)系如圖8所示。定義當(dāng)光效降低到0° 的光效的90%時(shí)，此時(shí)的入射光角度為接收角。設(shè)計(jì)的接收角度為0.7°。入射角度偏移， 光效降低的同時(shí)，接收面上的光強(qiáng)分布也隨之變化，圖9所示的是不同入射角所對(duì)應(yīng)的光 斑輻照度分布圖。
[0045] 以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所 示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案 相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡，其特征在于：其是采用如下方法 設(shè)計(jì)的，采用分區(qū)的方法，將透鏡分成3個(gè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)區(qū)域指定設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，對(duì)各區(qū) 域的焦距進(jìn)行設(shè)計(jì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡，其特征在 于：其將透鏡分成3個(gè)區(qū)域的區(qū)域劃分方式為，光線通過(guò)SOG透鏡聚焦后入射到SOE棱鏡表 面，根據(jù)SOG透鏡聚焦后入射到SOE棱鏡表面的三種不同光路：a)聚焦光斑在SOE棱鏡上 表面上方；b)聚焦光斑正位于SOE棱鏡上表面；c)聚焦光斑在SOE棱鏡上表面下方，將SOG 透鏡分為3個(gè)區(qū)域，且每個(gè)區(qū)域面積相等。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2任意一項(xiàng)所述的一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透 鏡，其特征在于：每個(gè)區(qū)域指定的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)為550nm。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡，其特征在 于：優(yōu)化過(guò)程由TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬優(yōu)化。5. -種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：其設(shè)計(jì) 方法如下：采用分區(qū)的方法，將透鏡分成3個(gè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)區(qū)域指定設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，對(duì)各 區(qū)域的焦距進(jìn)行設(shè)計(jì)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡的設(shè)計(jì)方 法，其特征在于：其將透鏡分成3個(gè)區(qū)域的區(qū)域劃分方式為，光線通過(guò)SOG透鏡聚焦后入射 到SOE棱鏡表面，根據(jù)SOG透鏡聚焦后入射到SOE棱鏡表面的三種不同光路：a)聚焦光斑 在SOE棱鏡上表面上方；b)聚焦光斑正位于SOE棱鏡上表面；c)聚焦光斑在SOE棱鏡上表 面下方，將SOG透鏡分為3個(gè)區(qū)域，且每個(gè)區(qū)域面積相等。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6任意一項(xiàng)所述的一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透 鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：每個(gè)區(qū)域指定的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)為550nm。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡的設(shè)計(jì)方 法，其特征在于：優(yōu)化過(guò)程由TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件模擬優(yōu)化。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于高倍聚光光伏發(fā)電的非成像菲涅爾透鏡及其設(shè)計(jì)方法，屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的透鏡采用如下設(shè)計(jì)方法：采用分區(qū)的方法，將透鏡分成3個(gè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，區(qū)域劃分方式為，光線通過(guò)SOG透鏡聚焦后入射到SOE棱鏡表面，根據(jù)SOG透鏡聚焦后入射到SOE棱鏡表面的三種不同光路：a)聚焦光斑在SOE棱鏡上表面上方；b)聚焦光斑正位于SOE棱鏡上表面；c)聚焦光斑在SOE棱鏡上表面下方，將SOG透鏡分為3個(gè)區(qū)域，且每個(gè)區(qū)域面積相等。然后對(duì)每個(gè)區(qū)域指定設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，由TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)各區(qū)域的焦距進(jìn)行模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明從三結(jié)電池中的各結(jié)電池的光譜吸收出發(fā)分區(qū)設(shè)計(jì)，有效降低了由于寬光譜導(dǎo)致的色差效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的發(fā)電效率。
【IPC分類(lèi)】G02B3/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105204098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510703251
【發(fā)明人】黃啟祿, 廖廷俤
【申請(qǐng)人】日芯光伏科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日