红外与激光工程
2022, 51(4): 20210942
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所系统集成与 IC设计研究部, 江苏苏州 215123
针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题, 本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件 Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计, 通过最大程度地减小球差, 像面光斑的几何半径从 42 mm降到了 1.7 mm。基于此, 在 Zemax的非序列模式下, 完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化, 通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为 87%、接收角为 0.9°的非成像聚光光学系统。最后, 基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品, 实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明, 该模组的光电转换效率达 30.03%, 与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升。
菲涅尔透镜 非成像聚光光学系统 非球面透镜 聚光型光伏 Fresnel lens non-imaging concentrated optical system aspheric lens concentrated photovoltaic
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 系统集成与IC设计研究部, 江苏 苏州 215123
针对当前聚光光伏系统中自动跟踪系统故障率高及跟踪成本大等问题, 提出了一种由线聚焦菲涅耳透镜、反射式二次聚光器和全反射棱锥组成的组合式免跟踪聚光光学系统, 论述了各组成元件的工作原理与设计方法。在光学设计软件Zemax里对该系统进行结构优化与仿真分析, 结果表明, 在俯仰角最大为16°时, 该系统的平均聚光效率为24.1%, 与FRS系统相比提高了18.7%。集成了基于组合式免跟踪聚光光学系统的免跟踪聚光光伏模组, 初步测试结果表明, 该模组在非跟踪状态下光电转换效率最高达到19.6%, 4 h后光电转换效率仍能达到5.9%。
光学设计 免跟踪聚光光学系统 组合优化 线聚焦菲涅耳透镜 二次聚光器 optical design non-tracking concentrated optical system combinatorial optimization line Fresnel lens secondary optical element 红外与激光工程
2019, 48(3): 0318002
