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菲涅尔透镜聚光性能研究

作　者: 陈志明
导　师: 董前民
学　校:
专　业: 物理电子学
关键词: 菲涅尔透镜聚光性能聚光比聚光效率光斑均匀度 Labview
分类号: O436
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

太阳能以其绿色环保，取之不尽用之不竭的特点，成了全世界各国争相开发的新能源。菲涅尔透镜具有成本低、重量轻等特点，在聚光光伏系统中得到了广泛的应用。目前菲涅尔透镜在实际应用中还存在很多问题，比如聚光效率偏低；聚光光斑能量分布不均匀，这些问题都将直接影响菲涅尔透镜的聚光性能。为此本文设计和搭建一套菲涅尔透镜聚光性能测试系统，并通过软件模拟和实验测试对菲涅尔透镜聚光性能进行研究。本文的主要内容有：首先，通过光学软件TracePro研究菲涅尔透镜的环距、焦距边长比和入射角对菲涅尔透镜聚光性能的影响；选取直径为180mm、焦距为270mm、环距为0.5mm、厚度为2mm的菲涅尔透镜进行建模，并在此基础上通过软件的光线追迹功能对菲涅尔透镜在不同位置处的聚光性能进行模拟。通过模拟结果分析单焦点菲涅尔透镜在不同位置处的聚光比，聚光效率和光斑均匀度；其次，设计一套菲涅尔透镜聚光性能测试系统，主要LED光源、电控移动平台、硅探测器、数据采集卡和PC机；Labview软件主要用于测试数据的采集和处理；最后，利用搭建好的测试系统对直径为180mm、焦距为270mm、环距为0.5mm、厚度为2mm的菲涅尔透镜进行实验测试。通过实验数据分析单焦点菲涅尔透镜在实际应用中不同位置处的聚光比，聚光效率和光斑均匀度，并比较模拟和实验数据的结果，从而指导改进菲涅尔透镜的结构设计，进一步提高菲涅尔透镜的聚光性能。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目次  9-11
图清单  11-13
表清单  13-14
1 绪论  14-23
  1.1 引言  14-15
  1.2 聚光光伏系统的研究现状  15-17
  1.3 菲涅尔透镜的国内外研究现状  17-21
  1.4 论文的研究内容及创新点  21-23
2 菲涅尔透镜的理论基础  23-31
  2.1 聚光器的基本理论  23-24
  2.2 菲涅尔透镜的设计原理和方法  24-25
    2.2.1 边缘光线原理  24
    2.2.2 光线追迹方法  24-25
  2.3 菲涅尔透镜的分类和设计  25-28
    2.3.1 菲涅尔透镜的分类  25-26
    2.3.2 菲涅尔透镜的设计  26-28
  2.4 聚光性能参数  28-30
    2.4.1 聚光比  28-29
    2.4.2 聚光效率  29
    2.4.3 光斑均匀度  29-30
  2.5 本章小结  30-31
3 菲涅尔透镜聚光性能模拟研究  31-47
  3.1 菲涅尔透镜结构参数  31-36
    3.1.1 透镜环距对聚光性能的影响  31-32
    3.1.2 透镜焦距边长比对聚光性能的影响  32-34
    3.1.3 入射光角度对聚光性能的影响  34-36
  3.2 聚光性能模拟建模  36-39
  3.3 聚光性能模拟实验  39-45
  3.4 本章小结  45-47
4 菲涅尔透镜聚光性能测试  47-59
  4.1 测试系统总体概要  47-48
  4.2 测试系统硬件设计  48-49
  4.3 测试系统软件设计  49-53
  4.4 聚光性能测试  53-56
  4.5 实验结果分析和总结  56-58
    4.5.1 实验结果分析  56-58
    4.5.2 实验结论  58
  4.6 本章小结  58-59
5 总结和展望  59-61
  5.1 总结  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-64
作者简历  64

菲涅尔透镜聚光性能研究

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