一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，球形氙燈光源經(jīng)過(guò)橢球面反光碗反射聚焦后進(jìn)入導(dǎo)光管，利用兩組透鏡組合的特定結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變其中一個(gè)透鏡的焦距值，或改變兩透鏡焦距比值，可解決對(duì)不同輻照面大小的輻照需求和不同輻照準(zhǔn)直度的輻照需求問(wèn)題。同時(shí)，這種雙透鏡組合的特定結(jié)構(gòu)形式，將輻照面均勻轉(zhuǎn)化為輻照空間體均勻。本發(fā)明專利技術(shù)可用于對(duì)不同大小面積的太陽(yáng)模擬照射、也可用于對(duì)準(zhǔn)直角度要求較高的太陽(yáng)模擬器的適用場(chǎng)合。其設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具體測(cè)量中操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件。
技術(shù)介紹
太陽(yáng)模擬器是光學(xué)領(lǐng)域中常用的一種模擬太陽(yáng)光照明的光學(xué)設(shè)備，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)其特性和參數(shù)具有不同的要求。近年來(lái)隨著太陽(yáng)光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是在最新一代聚光光伏領(lǐng)域中，須使用輻照度均勻，準(zhǔn)直角度較小的太陽(yáng)模擬器對(duì)電池片、組件及系統(tǒng)等進(jìn)行檢測(cè)。然而，目前絕大多數(shù)太陽(yáng)模擬器的準(zhǔn)直角度受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制約，固定在一個(gè)較大的數(shù)值且不能改變，以及對(duì)大面積輻照情況下，太陽(yáng)模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大。在太陽(yáng)模擬器的光學(xué)設(shè)計(jì)中，為了同時(shí)滿足輻照度均勻，準(zhǔn)直性高，以及輻照面積一定大小的太陽(yáng)模擬器始終十分困難。為了給不同尺寸大小的聚光鏡提供更加接近于太陽(yáng)光的均勻照射與準(zhǔn)直角度的太陽(yáng)模擬器，解決聚光光伏領(lǐng)域中對(duì)聚光組件及系統(tǒng)效率進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)地有效的檢測(cè)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣一種輻照面大小及輻照度值可調(diào)，準(zhǔn)直角度可縮小到O.28度(實(shí)際太陽(yáng)光半角)的太陽(yáng)模擬器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是針對(duì)太陽(yáng)模擬器的光學(xué)設(shè)計(jì)中，同時(shí)滿足輻照度均勻，準(zhǔn)直性高，以及輻照面積一定大小的太陽(yáng)模擬器始終十分困難的問(wèn)題，提出了一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，可用于對(duì)不同大小面積的太陽(yáng)模擬照射、也可用于對(duì)準(zhǔn)直角度要求較高的太陽(yáng)模擬器的適用場(chǎng)合。利用兩組透鏡組合的特定結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變其中一個(gè)透鏡的焦距值，或改變兩透鏡焦距比值，可解決對(duì)不同輻照面大小的輻照和不同輻照準(zhǔn)直度的輻照需求問(wèn)題。同時(shí)，這種雙透鏡組合的特定結(jié)構(gòu)形式，將輻照面均勻轉(zhuǎn)化為輻照空間體均勻。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，包括橢球面反光碗、導(dǎo)光管、短焦距會(huì)聚透鏡、長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡，位于橢球面反光碗第一個(gè)焦點(diǎn)上的球形氙燈光源被橢球面反光碗反射后匯聚在其橢球面第二焦點(diǎn)處，形成一定大小的光斑，進(jìn)入導(dǎo)光管，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管多次反射并在后出射端形成均勻輻照面，出射光經(jīng)由短焦距會(huì)聚透鏡會(huì)聚，該短焦距會(huì)聚透鏡到導(dǎo)光管出射后端面的距離為其焦距值F1，短焦距會(huì)聚透鏡出射光用大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直出射，該長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡到前短焦距會(huì)聚透鏡的距離為長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡焦距值F2與Fl之和。所述短焦距會(huì)聚透鏡和長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡可用兩組焦距值不同的透鏡組或平板菲涅爾透鏡。所述大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡的焦距F2與短焦距會(huì)聚透鏡的焦距Fl的比值大小為H，導(dǎo)光管的出射端面大小為A，導(dǎo)光管的光束入射角為Θ，當(dāng)準(zhǔn)直透鏡出射的總光通量為W時(shí)，則最終出射輻照面大小為ΠΑ，出射角度為ω=θ/η，輻照度值E=W/ηΑ。本專利技術(shù)的有益效果在于本專利技術(shù)一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，能對(duì)輻照面積大小及輻照度值進(jìn)行改變，同時(shí)在增大輻照面積而不改變輻照均勻度的前提下，提高準(zhǔn)直性。其設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具體測(cè)量中操作方便，實(shí)用性強(qiáng)， 能對(duì)不同面積大小的被檢測(cè)物提供實(shí)時(shí)實(shí)地的有效測(cè)量。附圖說(shuō)明圖I為本專利技術(shù)太陽(yáng)模擬器球形氙燈源會(huì)聚角示意圖2為本專利技術(shù)太陽(yáng)模擬器導(dǎo)光管多次反射形成均勻輻照面示意圖及其均勻性示意圖；圖3為本專利技術(shù)輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式如圖I所示太陽(yáng)模擬器球形氙燈源會(huì)聚角示意圖，球形氙燈光源I位于橢球面反光碗的第一個(gè)焦點(diǎn)上，光線經(jīng)過(guò)橢球面反光碗的反射后匯聚在第二個(gè)焦點(diǎn)上。如圖2所示太陽(yáng)模擬器導(dǎo)光管多次反射形成均勻輻照面示意圖及其均勻性示意圖，輻照面為圖中的A面。如圖3所示輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件結(jié)構(gòu)示意圖，位于橢球面反光碗第一個(gè)焦點(diǎn)上的球形氙燈光源I被橢球面反光碗2反射后會(huì)聚在其橢球面第二焦點(diǎn)處形成一定大小的光斑，進(jìn)入導(dǎo)光管3后多次反射并在后出射端形成均勻輻照面，經(jīng)由短焦距會(huì)聚透鏡4會(huì)聚，該短焦距會(huì)聚透鏡4到導(dǎo)光管3出射后端面的距離為其焦距值F1，最后用大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡5準(zhǔn)直出射，該長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡5到前短焦距會(huì)聚透鏡4的距離為長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡5焦距值F2與Fl之和。大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡5的焦距F2與短焦距透鏡焦距4的焦距Fl的比值大小為η，導(dǎo)光管3的出射端面大小為Α，導(dǎo)光管3的光束入射角為Θ，當(dāng)假定準(zhǔn)直透鏡出射的總光通量為W時(shí)，則最終出射輻照面大小為ΠΑ，出射角度為ω=θ/η，輻照度值E=W/nA。該實(shí)施例中短焦距會(huì)聚透鏡4和長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡5可以為兩塊焦距值不同的平板菲涅爾透鏡，前聚焦透鏡4到導(dǎo)光管3出射端的距離為其焦距值F1，后準(zhǔn)直透鏡5到聚焦透鏡4的距離為F1+F2，即長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡5的前焦面始終位于會(huì)聚透鏡4的后焦平面處，保證兩透鏡的位置，通過(guò)改變前聚焦透鏡4的焦距Fl或改變準(zhǔn)直透鏡5的焦距F2，獲得不同輻照面積大小及輻照度值的小角度出射光斑。本專利技術(shù)利用橢球面反光碗2對(duì)球形氙燈光源I進(jìn)行會(huì)聚后，通過(guò)矩形導(dǎo)光管3多次反射形成輻照度均勻面，再由聚焦透鏡4與準(zhǔn)直透鏡5組合形式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，將輻照面均勻轉(zhuǎn)化為空間體均勻，同時(shí)，利用兩組透鏡的不同焦距比，可調(diào)其出射面大小，增大兩透鏡焦距比值，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直性更高的太陽(yáng)模擬器。該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下的太陽(yáng)模擬器在聚光光伏領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同尺寸的聚光鏡及其組件、系統(tǒng)實(shí)時(shí)有效的測(cè)量，方法實(shí)用簡(jiǎn)單。權(quán)利要求1.一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，其特征在于，包括橢球面反光碗(2)、導(dǎo)光管(3)、短焦距會(huì)聚透鏡(4)、長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡(5)，位于橢球面反光碗(2)第一個(gè)焦點(diǎn)上的球形氙燈光源(I)被橢球面反光碗(2)反射后匯聚在其橢球面第二焦點(diǎn)處，形成一定大小的光斑，進(jìn)入導(dǎo)光管(3)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管(3)多次反射并在后出射端形成均勻輻照面，出射光經(jīng)由短焦距會(huì)聚透鏡(4)會(huì)聚，該短焦距會(huì)聚透鏡(4)到導(dǎo)光管(3)出射后端面的距離為其焦距值F1，短焦距會(huì)聚透鏡(4)出射光用大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡(5)準(zhǔn)直出射，該長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡(5)到前短焦距會(huì)聚透鏡(4)的距離為長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡(5)焦距值F2與Fl之和。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，其特征在于，所述短焦距會(huì)聚透鏡(4)和長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡(5)可用兩塊焦距值不同的透鏡組或平板菲涅爾透鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，其特征在于，所述大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡(5)的焦距F2與短焦距會(huì)聚透鏡(4)的焦距Fl的比值大小為Π，導(dǎo)光管(3)的出射端面大小為A，導(dǎo)光管(3)的光束入射角為Θ，當(dāng)準(zhǔn)直透鏡出射的總光通量為W時(shí)，則最終出射輻照面大小為ΠΑ，出射角度為ω= θ / η，輻照度值E=W/ ηΑ。全文摘要本專利技術(shù)涉及一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，球形氙燈光源經(jīng)過(guò)橢球面反光碗反射聚焦后進(jìn)入導(dǎo)光管，利用兩組透鏡組合的特定結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變其中一個(gè)透鏡的焦距值，或改變兩透鏡焦距比值，可解決對(duì)不同輻照面大小的輻照需求和不同輻照準(zhǔn)直度的輻照需求問(wèn)題。同時(shí)，這種雙透鏡組合的特定結(jié)構(gòu)形式，將輻照面均勻轉(zhuǎn)化為輻照空間體均勻。本專利技術(shù)可用于對(duì)不同大小面積的太陽(yáng)模擬照射、也可用于對(duì)準(zhǔn)直角度要求較高的太陽(yáng)模擬器的適用場(chǎng)合。其設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具體測(cè)量中操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。文檔編號(hào)F21V13/00GK102943995SQ20121050504公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種輻照面大小與準(zhǔn)直角度可變的太陽(yáng)模擬器光學(xué)器件，其特征在于，包括橢球面反光碗（2）、導(dǎo)光管（3）、短焦距會(huì)聚透鏡（4）、長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡（5），位于橢球面反光碗（2）第一個(gè)焦點(diǎn)上的球形氙燈光源（1）被橢球面反光碗（2）反射后匯聚在其橢球面第二焦點(diǎn)處，形成一定大小的光斑,進(jìn)入導(dǎo)光管（3），經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管（3）多次反射并在后出射端形成均勻輻照面，出射光經(jīng)由短焦距會(huì)聚透鏡（4）會(huì)聚，該短焦距會(huì)聚透鏡（4）到導(dǎo)光管（3）出射后端面的距離為其焦距值F1，短焦距會(huì)聚透鏡（4）出射光用大口徑長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡（5）準(zhǔn)直出射，該長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡（5）到前短焦距會(huì)聚透鏡（4）的距離為長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直透鏡（5）焦距值F2與F1之和。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李湘寧，王瑜，孫惠，樊露青，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：