用于聚光太阳能系统的菲涅耳透镜的制作研究

【摘要】： 随着煤、石油、天然气等不可再生资源在这几十年来被不断地消耗,太阳能最终将取代其他能源成为主要能源。要有效的利用太阳能就应该因地制宜地选择合适的太阳能发电设备。由于传统的硅基太阳能电池发电效率低、成本高,因此高转换效率的聚光太阳能系统将成为研究太阳能发电的主要方向。 在聚光太阳能系统中,菲涅耳透镜聚光器是最重要的组件之一,其品质要求是提高太阳能电池片单位面积上的入射光强度,与系统完全匹配。随着聚光太阳能系统向高转换效率、高聚光倍率和低成本方向发展,对菲涅耳透镜聚光器的成本及技术要求越来越高,因此研究菲涅耳透镜的制作方法具有重要意义。 本文应用几何光学知识对菲涅耳透镜的结构进行了详细的光学设计,推导出相关参数的计算公式。以菲涅耳透镜的紫外纳米压印制作工艺为主线,以紫外纳米压印的关键技术(模板的制作,卷对卷紫外纳米压印和脱模)为节点,对其中的每一步工艺进行详细的理论和实验研究。本文利用金刚石切削技术制作菲涅耳透镜铜模具,并采用精密微电铸将铜模具上的菲涅耳透镜特征结构转移到镍模板上,方便卷对卷压印。最后采用自行研制的卷对卷紫外纳米压印系统对菲涅耳透镜镍模板进行压印、曝光固化及脱模,制得PC基片菲涅耳透镜聚光器。 将PC基片菲涅耳透镜聚光器在太阳光下进行了测试,测试结果表面:其焦距为145mm,焦点处的光斑直径为4mm,聚光倍率为225,光学效率可以达到75%以上,符合太阳能聚光器的设计要求。本文制作的菲涅耳透镜聚光器具有超薄、成本低、聚光倍率高以及易于批量化生产等显著特点。 最后,对本研究课题进行了总结,并指出了进一步的工作方向。 【关键词】：聚光太阳能系统 聚光器 菲涅耳透镜 紫外纳米压印
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4;O435
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 CPV 介绍10-13
• 1.2.1 CPV 的结构10-12
• 1.2.2 CPV 的基本原理12-13
• 1.3 菲涅耳透镜聚光器背景介绍13-16
• 1.3.1 菲涅耳透镜聚光器发展概况13-14
• 1.3.2 菲涅耳透镜的制作方法14-16
• 1.4 课题意义16
• 1.5 论文构架16-17
• 第二章 菲涅耳透镜的光学原理17-26
• 2.1 引言17-18
• 2.2 菲涅耳透镜的成像特性18-19
• 2.3 菲涅耳透镜的原理及类型19-21
• 2.4 菲涅耳透镜的设计21-26
• 2.4.1 菲涅耳透镜构成设计21-23
• 2.4.2 计算公式的推导23-26
• 第三章 菲涅耳透镜的紫外纳米压印制作26-43
• 3.1 引言26-27
• 3.2 菲涅耳透镜模板的制作27-35
• 3.2.1 金刚石切削技术实现菲涅耳透镜铜模具的制作27-31
• 3.2.2 菲涅耳透镜镍模板的制作31-35
• 3.3 卷对卷紫外纳米压印35-43
• 3.3.1 辊压涂布系统36-38
• 3.3.2 紫外固化胶预固化系统38-41
• 3.3.3 卷对卷压印系统和紫外固化胶强固化系统41
• 3.3.4 脱模41-43
• 第四章 菲涅耳透镜的实验结果和分析43-53
• 4.1 菲涅耳透镜的CLSM 测试原理43-44
• 4.2 菲涅耳透镜的CLSM 测试结果44-46
• 4.3 菲涅耳透镜在太阳光下的测试46-53
• 4.3.1 菲涅耳透镜的聚光倍率46-50
• 4.3.2 菲涅耳透镜的焦距50
• 4.3.3 菲涅耳透镜的光学效率50-53
• 第五章 全文总结与展望53-55
• 5.1 全文总结53
• 5.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 攻读学位期间发表的论文58-59
• 致谢59-60

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