高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。     

应用于聚光光伏模组的全反射式二次聚光器的设计与性能分析

当前聚光光伏系统存在很多问题,比如跟踪器的跟踪精度偏低、聚焦光斑强度分布不均匀、聚焦光斑的形状跟太阳电池不匹配等,二次聚光器可以解决这些问题,从而提高高倍聚光光伏系统的光电转换效率.对高倍聚光光伏系统中的菲涅耳透镜和二次聚光器的聚光原理进行了简要分析,重点对全反射式二次聚光器进行了二维聚光的理论分析,并配合非成像光学的...     

聚光光伏系统菲涅耳聚光器性能分析与仿真

对太阳能聚光光伏发电技术中的聚光系统进行了研究,分析了菲涅耳透镜应用于太阳能聚光器的优点、聚光特性以及光学效率,推导并获得了平面向外、菲涅耳面向太阳电池的点聚焦菲涅耳透镜的设计公式。在ZEMAX软件的非序列模式中实现了基于非成像光学理论的光线追迹仿真,对某一尺寸的菲涅耳透镜的焦平面上光斑能量分布情况进行了分析与模拟。研究结果表明,利用通常的菲涅尔透镜实现聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太阳电池的中心部位,呈现为从中心往外围能量越来越弱的同心圆环。要使太阳电池接收到的光能量尽可能均匀,则需要增加二次聚光元件。     

基于平板型导光板的太阳能聚光系统

针对传统线性聚光系统聚光光斑辐照度不均匀的问题,提出了一种由曲面线聚焦菲涅耳聚光器阵列及平板型导光板所组成的、系统高度小于40mm的小体积聚光系统方案,建立了曲面线聚焦菲涅耳透镜的一般方程,给出导光板V形槽设计公式,并采用正交试验法和光学仿真实验对聚光器系统的各项结构参数进行优化设计,同时分析了曲面线聚焦菲涅耳的加工误差及导光板安装偏角误差的影响。结果表明:优化后系统在采光面积500mm×200mm、聚光比50倍时,聚光效率可达75%,聚焦光斑均匀性优于88%,且入射太阳光偏角在±7°内聚光效率大于50%。通过拼接可获得不同聚光倍数系统,由仿真实验得出在160倍聚光比内,效率高于50%,均匀性优于85%。     

太阳能采集用1000mm口径菲涅耳透镜设计

针对太阳能利用率较低、光伏发电成本过高的问题,从聚光器的角度出发,采用菲涅耳透镜对太阳光进行聚焦.在分析菲涅耳透镜结构的基础上,提出了透镜主要性能指标,设计了一个满足要求的1 000 mm口径透镜,对聚光时透镜位置的放置进行了讨论.该设计具有一定的通用性,可以适用于其他大口径的菲涅耳透镜设计,对于促进太阳能采集发展具有重要意义.     

大口径菲涅耳透镜远距离宽光谱聚光系统设计

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求,基于成像光学与非成像光学的混合设计方法,设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成,接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点,解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差,使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小;中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸,使光信号在光纤束端面高效率耦合,提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明,所设计的后组系统能够减小像差影响,有效控制光束发散角度和光斑尺寸,提高光能利用率,满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。     

装调误差对太阳能激光器聚光系统效果的影响

为了研究太阳能激光器中由菲涅尔透镜和复合抛物面聚光器组成的二级聚光系统装调误差对聚光效果的影响,利用Tracepro光学软件仿真了CPC绕不同点旋转、太阳光与中心轴线夹角的变化、菲涅尔透镜旋转、CPC沿垂直中心轴线方向平移、工作物质端面位置变化对系统聚光效率和光斑均匀性的影响。结果表明:若以系统聚光效率下降到90%作为标准分别给予讨论,CPC绕入口中心旋转时,CPC轴线与系统轴线的夹角宜小于8. 39度;太阳光偏离聚光系统中心轴线的夹角宜小于0. 12度;菲涅尔透镜旋转角度宜小于0. 72度;CPC垂直轴线平移距离要小于2. 66 mm;工作物质端面距CPC出口距离不宜超过0. 53 mm。研究结果对该聚光系统的装调具有指导意义。     

均匀会聚菲涅尔透镜设计及性能研究

提出了一种均匀会聚菲涅尔透镜设计方案,透镜基于离轴聚焦设计,采用方形非旋转对称结构,利用光强叠加实现均匀会聚.文章基于该方法建立了几何聚光比分别为56、100、400和900倍,焦距分别为300 mm、400 mm、500和600 mm的透镜模型,并利用光学仿真软件对其聚光性能进行分析.研究结果表明:基于该方法设计的透镜能够较好地实现均匀会聚,且聚光效率和聚光分布均匀度均超过80％,可以满足聚光光伏需要.     

线性菲涅尔式聚光集热系统研究进展

相比槽式聚光集热系统,线性菲涅尔式聚光集热系统光学效率较低,但具有成本优势。为了提高其光学性能和热性能,减少热损失,国内外学者进行了广泛研究。在总结线性菲涅尔式聚光集热系统主反射镜、二次反射接收器和镜场的优化设计,以及系统热性能等国内外已有研究成果的基础上,重点阐述了由阴影与遮挡、末端损失、跟踪误差、积尘、主反射镜镜场几何结构引起的光学损失及改进措施最新研究进展,对主流的几种二次反射接收器进行了对比分析,表明复合抛物面二次反射接收器（Composite Parabolic Concentrator, CPC）最实用。同时对吸热管和工作介质之间的强化传热、采用CPC的线性菲涅尔式聚光器热损失进行了归纳总结,分析了存在的问题及解决方法,指出了线性菲涅尔式聚光集热系统的未来发展方向和改进措施。     

宽视场有增益光学系统设计

从激光探测告警光学系统的视场和光学增益出发,分析了浸没透镜的光学增益和像差特性。针对激光告警设备设计了宽视场有增益光学系统:视场角30°,光学增益可达20倍以上,结构简单,对降低激光辐射源功率、增强探测距离有一定的意义,经分析该方案可行。     

透镜轴棱锥光学系统设计

利用轴棱锥(Axicon)产生无衍射贝塞尔(Bessel)光具有结构简单、转换效率高、光损伤阈值高等优点,但是由于它是锥体结构,存在加工难度大、成本高等缺点.利用球面透镜的球差设计出具有类似Axicon功能的双透镜系统.即透镜轴棱锥(Lens axicon),它是由两个普通的球面透镜胶合而成的.通过对出射光线的控制,利...     

自动光学检测仪通信系统设计

为了提高控制系统的稳定性和智能控制性能,设计出基于CAN总线的自动光学检测通信系统.分析了自动光学检测通信系统的特点,以及在自动光学检测中的应用,利用多个XC164CS型微控制器实现整个系统的通信.描述了该系统的硬件组成结构和工作原理,给出了系统CAN总线接口以及CAN总线的软件设计.自动光学检测通信系统已成功应用于印刷电路板PCB自动光学检测仪中,实验结果表明,该系统运行稳定可靠,满足PCB自动光学检测仪控制系统的要求.     

一种收发隔离光学系统的设计

为了实现高隔离度的收发隔离,采用一种偏振收发隔离光学系统,利用琼斯矩阵进行了理论分析,验证了偏振隔离在收发同轴光学系统中的可行性。采取空间隔离来抑制回波进入接收系统,研究了模拟系统中偏振分束镜前表面楔角大小对收发隔离度的影响。结果表明,在达到一定楔角时,可取得100dB收发隔离度。这一结果对收发同轴光学系统的设计具有一定指导意义。     

红外两档变倍光学系统设计

与连续变焦光学系统相比,红外两档变倍光学系统具有结构简单、成像质量好、装调容易等点,介绍了红外两档变倍光学系统的设计方法,并举例设计了一种方案合理、成像质量好的红外两档变倍光学系统,对光学系统的0视场、0.5视场、0.71视场、0.866视场和1视场成像质量进行了分析,给出了各个视场的分析结果,同时分析了温度变化对光学系统的影响,分析表明设计结果能够较好地满足实际工程需要.     

五通道红外全景光学系统设计

为了实现全景范围内的多目标跟踪搜索,克服连续捕获新目标时出现的低效、实时性差等缺点,提出了一种五通道红外全景系统设计方法.该方法利用空间分布5个视场大于90°的红外物镜与转向系统将五路光汇合成一路光,使用一个探测器代替多个探测器接收方位和顶视的图像信息,实现了方位360°和顶视90°视场范围内的成像,同时降低了系统的设...     

长波双视场扫描型红外光学系统设计

与中波红外成像系统相比,长波红外成像系统在地面目标探测上具有天然的优势.利用光学变焦原理,建立扫描型双视场光学系统的设计模型.基于制冷型288×4元焦平面HgCdTe探测器,设计了一套结构紧凑、变倍比为6倍的双视场机载前视红外光学系统,其工作波段为7.7～10.3 μm,F数为1.67,长焦为154mm,短焦为25.4...     

激光数字化仪的光学系统设计

本文根据光点扫描测量技术,提出一种新型的激光数字化光学探头,它是利用小型半导体激光器和高分辨率光电探测器件CCD设计而成的。它可对自由模具表面进行快速的、非接触的、精密的测量,提取三维NC(numerical control)数据。其光学系统设计使用了针对特殊光路编写的光学CAD软件。     

二维激光告警光学系统设计

由于现有单激光告警系统只能实现来袭激光一维的方位和波长等信息,提出了一种单激光告警系统同时测得二维方位信息和波长信息的新方法,该方法的光学系统主要由遮光罩、光栅、透镜组和面阵CCD组成,通过对来袭激光经过光栅后的一级和零级衍射光斑位置的判决,得到来袭激光二维方位和波长信息。通过理论分析说明了该方法的原理,并推导得出二维方位角和波长的测量公式,根据要求推导确定了光学元件参数,并通过实验验证了其可行性。实验结果显示波长分辨率小于10 nm,角度分辨率小于1x方向视场角为30,y方向视场角为15。     

沉浸式头戴显示器光学系统设计

为了满足虚拟现实头戴显示器大视场、大出瞳和高成像质量等要求,采用非球面透镜设计了1种3片式虚拟现实头戴显示器光学系统,对光学系统进行了公差分析.结果表明,光学系统的平均调制传递函数(MTF)值均满足传递函数的要求;系统视场角为90°、出瞳直径为8mm、系统重量为33.67g、总长小于60mm、频率为9.31lp/mm时...