菲涅爾太陽(yáng)能

簡(jiǎn)介近年來(lái)，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(kāi)發(fā)和利用迫在眉睫。太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，對(duì)它的開(kāi)發(fā)利用具有很大的研究前景。太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能的利用率，聚光集熱器應(yīng)運(yùn)而生。聚光器通過(guò)其光學(xué)特性提高了光線中的能量密度,從而提高太陽(yáng)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(guò)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(guó)物理學(xué)家?jiàn)W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(lái)，假想有足夠多的小的長(zhǎng)方形無(wú)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(guò)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(yáng)能的接收效率。因此，對(duì)于聚光鏡，要想提高太陽(yáng)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(yáng)入射光線?，F(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(kāi)環(huán)跟蹤。開(kāi)環(huán)跟蹤的特點(diǎn)在于，將寫(xiě)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(cè)算出太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)聚光器經(jīng)行跟蹤。開(kāi)環(huán)控制的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，開(kāi)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(yáng)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(yáng)光線經(jīng)行精確的跟蹤，因?yàn)樘?yáng)東升西落的同時(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(yáng)能系統(tǒng)，能夠很好地提高太陽(yáng)能的利用效率。圖二雙軸太陽(yáng)能跟蹤器圖三透射式太陽(yáng)能跟蹤器和集熱裝置圖二雙軸太陽(yáng)能跟蹤器圖三透射式太陽(yáng)能跟蹤器和集熱裝置上面兩張圖片都是雙軸太陽(yáng)能跟蹤器的示意圖，圖二是光伏電池的太