Koncentracja bezpośredniego promieniowania słonecznego w układach nadążnych z wykorzystaniem nieobrazujących elementów optycznych

• Autorzy: Wajss P. , Filipowicz M. , Wesołowski W.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.136

Warianty tytułu

EN

Concentration of direct solar radiation in the sun trackers using nonimagening optics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

This article provides an introduction to the topic of non-imagining optics used in the sun trackers; gives a review of the current state of the art in this field and presents the specific case study of the spherical shaped Fresnel lens. The first part defines law of refraction of the solar radiation occurring in the optical systems used in ia. energy industry; in the second part analysis of already commercialized optical systems based on nonimagining Fresnel lens is carried out; and in the third and final, section the design methodology for the spherical shaped Fresnel lens to avoid spherical aberration, dedicated to the sun trackers, is presented. The fixed values of height of the notches w are assumed, 1 mm for the notches p from 1 to 100 and 2mm for the notches p from 101 to 150. The final geometry of the lens is based on calculating solutions to Snell’s law along the lens surfaces wherein refraction is occurring in two points simultaneously: outer and inner lens surfaces. Finally, analysis of the modeled lens in ray tracing environment has been carried out. Its results confirm correct calculation of lens geometry. As assumed the focal point has been observed in the center of hemisphere f=R.

Słowa kluczowe

PL

Fresnel; soczewka; systemy energetyczne; technologie słoneczne

EN

Fresnel lens; lens; energy systems; solar technologies

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 2/I
• Strony: 349--358
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Wajss P.

• Wydział Energetyki i Paliw AGH w Krakowie, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, tel. [phone]

autor

Filipowicz M.

• WEiP AGH w Krakowie, tel. [phone]

autor

Wesołowski W.

• WEiP, AGH w Krakowie, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow

Bibliografia

• [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).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.