Introduzione e storia dello sviluppo della lente di Fresnel
Il principio di progettazione della lente di Fresnel è che la lente non è più considerata come un tutto durante la lavorazione, ma come un'entità composta da molte microstrutture. Queste microstrutture mantengono il raggio di curvatura della lente convessa originale e rimuovono la luce intermedia. La deflessione non funziona o interessa una piccola parte. Il processo di progettazione della lente di Fresnel è mostrato nella Figura 1 e la Figura 2 è uno schema fisico di una lente di Fresnel piatta. Nei primi tempi, a causa delle limitazioni dei materiali, le lenti erano tutte realizzate in vetro e le lenti di Fresnel non facevano eccezione. Tuttavia, se si utilizza il tradizionale metodo di molatura e lucidatura per lavorare le lenti di Fresnel, non solo richiede molto tempo, ma consuma anche manodopera, il che comporta costi troppo elevati. In seguito le persone inventarono...
Il principio di progettazione del Fresnel
non considera più la lente come un tutto durante la lavorazione. Piuttosto, è considerata come un'entità composta da molte microstrutture. Queste microstrutture mantengono il raggio di curvatura della lente convessa originale, mentre rimuovono la parte che non ha alcun effetto o ha poca influenza sulla deflessione della luce. Il processo di progettazione della lente di Fresnel è mostrato in Fig. 1
Diagramma fisico di una lente di Fresnel piatta
Sviluppo della lente di Fresnel nel XIX secolo
Nei primi tempi, a causa delle limitazioni dei materiali, le lenti erano tutte realizzate in vetro e le lenti di Fresnel non facevano eccezione. Tuttavia, se si utilizza il metodo tradizionale di molatura e lucidatura per elaborare le lenti di Fresnel, non solo richiede molto tempo, ma consuma anche manodopera, il che comporta costi troppo elevati. Successivamente, le persone hanno inventato il metodo di lavorazione con stampaggio a caldo di stampi metallici, ma lo stress superficiale del vetro era troppo grande, il che impediva la pressatura di alcuni dettagli durante la pressatura a caldo, quindi la lente di Fresnel non poteva ottenere l'effetto di utilizzo previsto. Questi motivi hanno fatto sì che le prime lenti di Fresnel non potessero essere promosse.
A partire dal 1950 circa, un nuovo materiale, il polimetilmetacrilato (PMMA), è stato ampiamente utilizzato nella produzione di lenti per le sue caratteristiche ottiche molto simili al vetro e per i vantaggi di un peso più leggero. su. Nel 1951, Miller e altri hanno utilizzato il PMMA per produrre con successo lenti di Fresnel. Poiché il PMMA è economico e stabile in natura, da allora le persone hanno iniziato a usarlo per sostituire il vetro per realizzare lenti di Fresnel.
Con il progresso della scienza e della tecnologia, la tecnologia di lavorazione delle lenti continua a migliorare e le prestazioni ottiche della lente di Fresnel stanno migliorando sempre di più e vengono gradualmente apprezzate da molti campi. Poiché la lente di Fresnel ha uno spessore sottile, bassa qualità, basso costo e un buon effetto di condensazione e altri vantaggi, molti campi hanno iniziato a prestare attenzione all'applicazione della lente di Fresnel. Tra questi, l'industria fotovoltaica a concentrazione solare ha messo in uso la lente di Fresnel. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, il personale scientifico e tecnico sta ancora facendo Ulteriori ricerche ed esperimenti hanno anche ottenuto molti risultati gratificanti.
Dal 1970, la National Aeronautics and Space Administration ha iniziato a condurre ricerche dettagliate sulle lenti di Fresnel e i numerosi risultati di ricerca ottenuti sono serviti da indicazioni per i futuri scienziati sul percorso della ricerca sulle lenti di Fresnel. Nel 1979, Kritchman ha sviluppato una lente di Fresnel a focalizzazione di linea curva a condensazione ad alta potenza. Il più grande vantaggio di questa lente è un salto di qualità nelle prestazioni di concentrazione. Nel 2006, il coreano Kwang sun Ryu ha proposto un metodo di progettazione per dividere la superficie della lente di Fresnel in piccoli moduli. Questo metodo utilizza un software per elaborare i piccoli moduli della lente di Fresnel in modo che la luce solare incidente possa illuminare uniformemente la fotocellula al silicio. Quanto sopra risolve il problema per cui la luce solare è facile da concentrare in una piccola area e bruciare la batteria in passato.
Successivamente, l'americano Daniel ha condotto un'analisi approfondita della lente di Fresnel di Kwang sun Ryu e ha progettato una lente di Fresnel con messa a fuoco multi-punto con un'illuminazione ancora più elevata rispetto a prima. Questa lente ottimizza la filettatura della lente di Fresnel tradizionale e modifica la modalità di messa a fuoco a punto singolo originale in messa a fuoco multi-punto, in modo che il punto di messa a fuoco della lente di Fresnel non sia più limitato a una determinata posizione e l'uniformità dell'illuminazione sia quindi migliorata.
Nel 2002, studiando la lente di Fresnel a focalizzazione lineare cilindrica, si è scoperto che quando il numero F è pari a circa 1,3 e il rapporto di concentrazione è pari a 5 o 6, l'efficienza ottica può superare l'85%.
Nel 2007 è stata progettata una lente di Fresnel che ha abbandonato la tradizionale struttura ad anello concentrico e adottato le scanalature a spirale di Archimede. Sebbene questa lente non presenti differenze essenziali nell'applicazione rispetto alla lente di Fresnel concentrica, è la lente di Fresnel che ha creato una nuova forma strutturale.
Nel 2009, è stato scoperto attraverso la ricerca che l'efficienza di messa a fuoco della lente di Fresnel è direttamente proporzionale all'intensità della luce incidente. Allo stesso tempo, a causa della certa riflessione della luce sulla superficie della lente di Fresnel, la sua trasmittanza della luce è inversamente proporzionale all'angolo della luce incidente.
Nel 2011, le prestazioni della lente di Fresnel sono state studiate all'interno e all'esterno. I risultati hanno mostrato che l'errore della trasmissione della luce era invariato nel test interno ed esterno, ma l'errore del test dell'efficienza di concentrazione era inferiore al test esterno nel test interno e analizzato Il motivo di questa differenza fornirà un riferimento per le persone nei test e nell'elaborazione delle lenti di Fresnel in futuro.