菲涅爾太陽能

簡介近年來，隨著石油煤炭資源的日漸枯竭，造成嚴(yán)重的壞境污染，可再生能源的開發(fā)和利用迫在眉睫。太陽能作為一種清潔的可再生能源，對(duì)它的開發(fā)利用具有很大的研究前景。太陽能作為一種能源利用已經(jīng)有3000多年的歷史，而將它作為一種動(dòng)力能源只有三百多年的歷史，20世紀(jì)70年代太陽能的利用取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展?，F(xiàn)在比較普及的平板式太陽能集熱裝置已經(jīng)得到推廣，但是平板式集熱器的表面即是太陽輻射吸收面。造成了集熱溫度在100°C左右。平板式集熱器能夠利用太陽中的直射和散射輻射，不需要跟蹤系統(tǒng)，安裝后能夠穩(wěn)定工作，這是其得到普及的重要原因。為了進(jìn)一步提高太陽能的利用率，聚光集熱器應(yīng)運(yùn)而生。聚光器通過其光學(xué)特性提高了光線中的能量密度,從而提高太陽能的綜合利用效率。聚光集熱器種類很多，但是按照其原理可以概括分為三部分：聚光器，吸收器，跟蹤系統(tǒng)。聚光器就是將照射在其表面上的光線通過光學(xué)特性聚集在面積較小的區(qū)域內(nèi)。不同的聚光器根據(jù)其聚光原理的不同，可以分為反射式，折射式，透射式三種?，F(xiàn)在應(yīng)用最多的是反射式聚光器，根據(jù)光線反射原理制成的聚光器包括：圓錐發(fā)射鏡、多折圓錐反射鏡、槽形拋物面和旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、球面反射鏡、斗式槽形平面反射鏡、條形反射鏡、菲涅爾透鏡。本文重點(diǎn)研究菲涅爾透鏡聚光器的聚光特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上研究相應(yīng)的跟蹤機(jī)構(gòu)，優(yōu)化現(xiàn)有的吸收器。菲涅爾透鏡是由法國物理學(xué)家奧古斯汀.菲涅爾(AugustinFresnel)發(fā)明的，它的工作原理：透鏡本身是由正常的凸透鏡演變而來，假想有足夠多的小的長方形無限逼近透鏡的邊緣面，然后去掉多余的一些材料，把圖形拉直，便得到菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是由圖一菲涅爾透鏡的演變過程一系列階梯同心圓構(gòu)成的。它的聚光比一般在10-50，菲涅爾透鏡的制作成本低，而且材料韌性好，可以滿足惡劣的天氣環(huán)境要求。跟蹤器根據(jù)聚光器的聚光原理，當(dāng)光線垂直照射在其表面時(shí)，光線在接收器表面形成形狀規(guī)則的聚合光斑。當(dāng)光線偏離透鏡法線時(shí)，在接收器表面會(huì)形成偏移的光斑，這些偏移光斑影響太陽能的接收效率。因此，對(duì)于聚光鏡，要想提高太陽能的利用效率，必須設(shè)計(jì)好跟蹤機(jī)構(gòu)，使聚光器的接收面能夠垂直太陽入射光線。現(xiàn)有的跟蹤裝置按照是否存在反饋，可以分為閉環(huán)跟蹤和開環(huán)跟蹤。開環(huán)跟蹤的特點(diǎn)在于，將寫好的程序存在控制機(jī)構(gòu)中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砦恢靡约跋嚓P(guān)的地理知識(shí)測算出太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡，以此來驅(qū)動(dòng)聚光器經(jīng)行跟蹤。開環(huán)控制的結(jié)構(gòu)比較簡單，穩(wěn)定性高，開發(fā)成本低。而且不受天氣的影響。它的缺點(diǎn)在于，跟蹤誤差比較

大。與之對(duì)應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)利用光電傳感器對(duì)太陽光經(jīng)行實(shí)時(shí)跟蹤，提高了跟蹤的精度。缺點(diǎn)在于受天氣影響較大，在光線不足的情況下可能出現(xiàn)誤動(dòng)作。而且利用傳感器增加了裝置的成本，使得裝置的穩(wěn)定性降低。除了上面的分類方法外，還可以按照跟蹤方式經(jīng)行劃分，可以分為單軸跟蹤，雙軸跟蹤和極軸跟蹤。單軸跟蹤一般應(yīng)用于大規(guī)模的菲涅爾陣列式發(fā)電機(jī)構(gòu)，大多采用東西方向的跟蹤。雙軸跟蹤是利用垂直的兩軸對(duì)入射太陽光線經(jīng)行精確的跟蹤，因?yàn)樘枛|升西落的同時(shí)，還在南北回歸線之間周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。雙軸跟蹤適合小型的菲涅爾太陽能系統(tǒng)，能夠很好地提高太陽能的利用效率。圖二雙軸太陽能跟蹤器圖三透射式太陽能跟蹤器和集熱裝置圖二雙軸太陽能跟蹤器圖三透射式太陽能跟蹤器和集熱裝置上面兩張圖片都是雙軸太陽能跟蹤器的示意圖，圖二是光伏電池的太