Introduzione e storia dello sviluppo della lente di Fresnel
Il principio di progettazione della lente di Fresnel è che durante la lavorazione la lente non viene più considerata come un tutto, 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 influisce su una piccola parte. Il processo di progettazione della lente di Fresnel è mostrato nella Figura 1, mentre la Figura 2 è un diagramma fisico di una lente di Fresnel piatta. All'inizio, a causa delle limitazioni dei materiali, le lenti erano tutte realizzate in vetro e le lenti Fresnel non facevano eccezione. Tuttavia, se per la lavorazione delle lenti di Fresnel si utilizza il metodo tradizionale di levigatura e lucidatura, non solo occorre molto tempo, ma si consuma anche manodopera, il che comporta costi troppo elevati. Successivamente le persone hanno inventato...
Il principio di progettazione del Fresnel
non è più necessario considerare l'obiettivo nel suo insieme durante l'elaborazione. Piuttosto, è considerato un'entità composta da molte microstrutture. Queste microstrutture mantengono il raggio di curvatura della lente convessa originale, rimuovendo la parte che non ha alcun effetto o influenza poco sulla deflessione della luce. Il processo di progettazione della lente di Fresnel è mostrato in Fig. 1
Schema fisico di una lente di Fresnel piatta
Sviluppo della lente di Fresnel nel XIX secolo
All'inizio, a causa delle limitazioni dei materiali, le lenti erano tutte realizzate in vetro e le lenti Fresnel non facevano eccezione. Tuttavia, se per la lavorazione delle lenti di Fresnel si utilizza il metodo tradizionale di levigatura e lucidatura, non solo occorre molto tempo, ma si consuma anche manodopera, il che comporta costi troppo elevati. Successivamente, le persone hanno inventato il metodo di lavorazione della pressatura a caldo con stampo in metallo, ma lo stress superficiale del vetro era troppo grande, il che ha impedito la pressatura di alcuni dettagli durante la pressatura a caldo, in modo che la lente di Fresnel non potesse ottenere l'effetto d'uso previsto . Questi motivi hanno reso le prime lenti di Fresnel non possono 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 utilizzarono il PMMA per produrre con successo lenti Fresnel. Poiché il PMMA ha un costo contenuto e una natura stabile, da allora le persone hanno iniziato a utilizzarlo per sostituire il vetro per realizzare lenti Fresnel.
Con il progresso della scienza e della tecnologia, la tecnologia di elaborazione delle lenti continua a migliorare e le prestazioni ottiche della lente di Fresnel stanno migliorando sempre di più e vengono gradualmente apprezzate in molti campi. Poiché la lente di Fresnel ha uno spessore sottile, una bassa qualità, un basso costo, un buon effetto di condensazione e altri vantaggi, molti settori hanno iniziato a prestare attenzione all'applicazione della lente di Fresnel. Tra questi, l'industria fotovoltaica a concentrazione solare ha utilizzato la lente Fresnel. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, il personale scientifico e tecnico sta ancora effettuando ulteriori ricerche ed esperimenti che hanno 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 nel percorso di ricerca sulle lenti di Fresnel. Nel 1979, Kritchman sviluppò una lente di Fresnel a linea curva condensante ad alta potenza. Il più grande vantaggio di questo obiettivo è un salto di qualità nella concentrazione delle prestazioni. 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 che la luce solare è facile da concentrare in una piccola area e in passato brucia la batteria.
Successivamente, l'americano Daniel ha condotto un'analisi approfondita della lente Fresnel di Kwang Sun Ryu e ha progettato una lente Fresnel con messa a fuoco multipunto con un'illuminazione ancora più elevata rispetto a prima. Questa lente ottimizza la filettatura della tradizionale lente di Fresnel e cambia la modalità di messa a fuoco a punto singolo originale in messa a fuoco a più punti, 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 migliorare.
Nel 2002, nello studio della lente di Fresnel con focalizzazione a linea cilindrica, si è scoperto che quando il numero F è intorno a 1,3 e il rapporto di concentrazione è 5 o 6, l'efficienza ottica può raggiungere più dell'85%.
Nel 2007 è stata progettata una lente di Fresnel che abbandonava la tradizionale struttura ad anelli concentrici e adottava 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 a creare una nuova forma strutturale.
Nel 2009, attraverso una ricerca, si è scoperto 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 riflessione della luce sulla superficie della lente di Fresnel, la sua trasmissione luminosa è inversamente proporzionale all'angolo della luce incidente.
Nel 2011 sono state studiate le prestazioni della lente Fresnel in ambienti interni ed esterni. I risultati hanno mostrato che l'errore della trasmissione della luce è rimasto invariato nel test interno ed esterno, ma l'errore del test sull'efficienza della concentrazione era inferiore rispetto al test esterno nel test interno e analizzato. Il motivo di questa differenza fornirà un riferimento per persone nella sperimentazione e nella lavorazione delle lenti di Fresnel in futuro.