用于聚光太陽能系統(tǒng)的菲涅耳透鏡的制作研究

【摘要】： 隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源在這幾十年來被不斷地消耗,太陽能最終將取代其他能源成為主要能源。要有效的利用太陽能就應(yīng)該因地制宜地選擇合適的太陽能發(fā)電設(shè)備。由于傳統(tǒng)的硅基太陽能電池發(fā)電效率低、成本高,因此高轉(zhuǎn)換效率的聚光太陽能系統(tǒng)將成為研究太陽能發(fā)電的主要方向。 在聚光太陽能系統(tǒng)中,菲涅耳透鏡聚光器是最重要的組件之一,其品質(zhì)要求是提高太陽能電池片單位面積上的入射光強(qiáng)度,與系統(tǒng)完全匹配。隨著聚光太陽能系統(tǒng)向高轉(zhuǎn)換效率、高聚光倍率和低成本方向發(fā)展,對(duì)菲涅耳透鏡聚光器的成本及技術(shù)要求越來越高,因此研究菲涅耳透鏡的制作方法具有重要意義。 本文應(yīng)用幾何光學(xué)知識(shí)對(duì)菲涅耳透鏡的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的光學(xué)設(shè)計(jì),推導(dǎo)出相關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式。以菲涅耳透鏡的紫外納米壓印制作工藝為主線,以紫外納米壓印的關(guān)鍵技術(shù)(模板的制作,卷對(duì)卷紫外納米壓印和脫模)為節(jié)點(diǎn),對(duì)其中的每一步工藝進(jìn)行詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文利用金剛石切削技術(shù)制作菲涅耳透鏡銅模具,并采用精密微電鑄將銅模具上的菲涅耳透鏡特征結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到鎳模板上,方便卷對(duì)卷壓印。最后采用自行研制的卷對(duì)卷紫外納米壓印系統(tǒng)對(duì)菲涅耳透鏡鎳模板進(jìn)行壓印、曝光固化及脫模,制得PC基片菲涅耳透鏡聚光器。 將PC基片菲涅耳透鏡聚光器在太陽光下進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表面:其焦距為145mm,焦點(diǎn)處的光斑直徑為4mm,聚光倍率為225,光學(xué)效率可以達(dá)到75%以上,符合太陽能聚光器的設(shè)計(jì)要求。本文制作的菲涅耳透鏡聚光器具有超薄、成本低、聚光倍率高以及易于批量化生產(chǎn)等顯著特點(diǎn)。 最后,對(duì)本研究課題進(jìn)行了總結(jié),并指出了進(jìn)一步的工作方向。 【關(guān)鍵詞】：聚光太陽能系統(tǒng) 聚光器 菲涅耳透鏡 紫外納米壓印
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM914.4;O435
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 CPV 介紹10-13
• 1.2.1 CPV 的結(jié)構(gòu)10-12
• 1.2.2 CPV 的基本原理12-13
• 1.3 菲涅耳透鏡聚光器背景介紹13-16
• 1.3.1 菲涅耳透鏡聚光器發(fā)展概況13-14
• 1.3.2 菲涅耳透鏡的制作方法14-16
• 1.4 課題意義16
• 1.5 論文構(gòu)架16-17
• 第二章 菲涅耳透鏡的光學(xué)原理17-26
• 2.1 引言17-18
• 2.2 菲涅耳透鏡的成像特性18-19
• 2.3 菲涅耳透鏡的原理及類型19-21
• 2.4 菲涅耳透鏡的設(shè)計(jì)21-26
• 2.4.1 菲涅耳透鏡構(gòu)成設(shè)計(jì)21-23
• 2.4.2 計(jì)算公式的推導(dǎo)23-26
• 第三章 菲涅耳透鏡的紫外納米壓印制作26-43
• 3.1 引言26-27
• 3.2 菲涅耳透鏡模板的制作27-35
• 3.2.1 金剛石切削技術(shù)實(shí)現(xiàn)菲涅耳透鏡銅模具的制作27-31
• 3.2.2 菲涅耳透鏡鎳模板的制作31-35
• 3.3 卷對(duì)卷紫外納米壓印35-43
• 3.3.1 輥壓涂布系統(tǒng)36-38
• 3.3.2 紫外固化膠預(yù)固化系統(tǒng)38-41
• 3.3.3 卷對(duì)卷壓印系統(tǒng)和紫外固化膠強(qiáng)固化系統(tǒng)41
• 3.3.4 脫模41-43
• 第四章 菲涅耳透鏡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析43-53
• 4.1 菲涅耳透鏡的CLSM 測(cè)試原理43-44
• 4.2 菲涅耳透鏡的CLSM 測(cè)試結(jié)果44-46
• 4.3 菲涅耳透鏡在太陽光下的測(cè)試46-53
• 4.3.1 菲涅耳透鏡的聚光倍率46-50
• 4.3.2 菲涅耳透鏡的焦距50
• 4.3.3 菲涅耳透鏡的光學(xué)效率50-53
• 第五章 全文總結(jié)與展望53-55
• 5.1 全文總結(jié)53
• 5.2 展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文58-59
• 致謝59-60

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