KONCENTRACJA BEZPOŚREDNIEGO PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO W UKŁADACH NADĄŻNYCH Z WYKORZYSTANIEM NIEOBRAZUJĄCYCH ELEMENTÓW OPTYCZNYCH

Niniejszy artykuł stanowi wprowadzenie w dziedzinę nieobrazujących układów optycznych wykorzystywanych w układach nadążnych za pozornym ruchem Słońca; dokonuje przeglądu aktualnego stanu wiedzy i techniki z tej dziedziny oraz przedstawia konkretny przypadek wykorzystania soczewki Fresnela w układzie nadążnym o kształcie sferycznym. W pierwszej części opisano zagadnienie jakim jest refrakcja (załamanie) promieniowania słonecznego występujące w układach optycznych stosowanych m.in. w energetyce, w dalszej części dokonano analizy dostępnych dziś, w rozwiązaniach komercyjnych, nieobrazujących układów optycznych wykorzystujących soczewki Fresnela, w trzeciej, ostatniej, części przedstawiono metodologię wyznaczenia geometrii takiej soczewki dla układu optycznego o kształcie sferycznym, w celu jego zastosowania w urządzeniu nadążnym za pozornym ruchem Słońca przy jednoczesnej minimalizacji zjawiska aberacji sferycznej. W przeprowadzonych badaniach przyjęta została stała wysokość pierścienia (karbu) w zmienna dla dwóch zakresów zależnych od liczby pierścienia p. W pracy wykorzystano zjawisko załamania światła słonecznego występującego na granicy dwóch ośrodków o różnej gęstości (prawo Snell’a) przy czym na modelowanej soczewce występują dwa punkty załamania zarówno na zewnętrzna jak i na wewnętrznej (karbowanej) powierzchni. Przedstawione wyniki analizy zamodelowanego układu optycznego, w środowisku RayTracing, świadczą o poprawności wykonania programu obliczeniowego oraz o odpowiednim odwzorowaniu wyznaczonych parametrów w projekcie zrealizowanym w środowisku graficznym. Jak założono w projekcie położenie ogniska przypadło w środku (hemi)sfery czyli f=R.

Pełny tekst (pdf)

[1] Renewable Power Generation Costs in 2012: An Overview, Report published Jan. 2013, IRENA The International Renewable Energy Agency.

[2] C. Zamfirescu and I. Dincer How much exergy one can obtain from incident solar radiation? JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 105, 044911 (2009).

[3] Akisawa A, Sato T, Miyazaki T, Kashiwagi T, Hiramatsu M. High concentration non-imaging Fresnel lens design with flat upper surface. In: Proceedings of the SPIE, vol. 6649. 2007. p. 1–8.

[4] Leutz R, Suzuki A, Akisawa A, Kashiwagi T. Shaped nonimaging Fresnel lenses. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 2000;2(2):112–6.

[5] Erismann F., Design of a plastic aspheric Fresnel lens with a spherical shape, Opt. Eng. 36(4) 988–991 (April 1997).