Линзы френеля изготовление своими руками

Это интересно

Содержание


Солнечная печь из линзы френеля

Уверен, что каждый из нас в детстве, при помощи увеличительного стекла пытался разводить огонь и выжигать надписи на дощечке. И все мы понимали, что нагрев происходил за счет фокусировки солнечных лучей в единой точке. А не задавали ли вы себе вопрос, а что если использовать увеличительное стекло больших размеров?

Могу вам ответить на этот вопрос, чем больше увеличительное стекло, тем больше температура в точке фокуса, и тем больше возможностей открывается перед нами. К примеру, можно изготовить печь, для приготовления еды на солнце.

Но если вы помните, линза изготавливается из стекла, и больший размер подразумевает увеличение толщины, а значит и веса этой линзы. Поскольку большие линзы не пользуются популярностью, то мало того что их нигде не найдешь, так еще и стоят они бешеных денег.

На данный момент, большей популярностью пользуются линзы Френеля. которые могут иметь большие размеры, но при этом иметь толщину всего несколько миллиметров. Причем материал изготовления линзы Френеля может быть пластик, что, несомненно, сказывается на стоимости линзы в сторону удешевления.

1. Линзу Френеля можно купить через зарубежные интернет магазины (Таобао, Алиэкспресс, Ebay и т.д.).

2. Линзу Френеля можно достать из старого (нерабочего) проекционного телевизора, на барахолке радиорынка.

Поскольку, линза Френеля в телевизорах тонкая и пластичная, то для ее использования необходимо соорудить жесткую рамку из дерева или алюминиевого профиля. Для установки линзы понадобится тренога, которую опять же можно сделать из деревянных брусьев.

Максимальная температура в точке фокуса может достигать 1000 градусов, поэтому сковородку необходимо располагать, немного выше или ниже точки фокуса, таким образом регулируя температуру нагрева.

Способ изготовления линз френеля для концентраторного фотоэлектрического модуля

Авторы патента:

Румянцев Валерий Дмитриевич (RU)

Ионова Евгения Александровна (RU)

Хазова Елена Владимировна (RU)

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (RU)

Способ включает изготовление негативной матрицы 1 и снятие с нее позитивных копий линейной линзы Френеля 12. Негативную матрицу 1 с негативным профилем 4 изготавливают алмазным точением ленты, закрепленной вокруг боковой поверхности барабана. Негативную матрицу 1 затем отделяют от барабана и прикрепляют к плоской подложке поверхностью, противолежащей поверхности с выточенным негативным профилем, перед которым затем устанавливают плоскую стеклянную пластину, имеющую на поверхности, обращенной к негативной матрице, прозрачное адгезионное покрытие, а на противолежащей поверхности -антиотражающее покрытие. Позитивные копии линейной линзы Френеля 12 изготавливают заполнением жидким силиконовым эластомером (7) зазора между негативной матрицей 1 и плоской стеклянной пластиной 5 и последующим выдавливанием избыточного количества жидкого силиконового эластомера. После завершения вулканизации силиконового эластомера отделяют линейную линзу Френеля 12 на плоской стеклянной пластине 5 путем изгиба матрицы 1 и одновременного направления струи сжатого воздуха на стык изгибаемой негативной матрицы 1 и стеклянной пластины 5 с готовой линейной линзой 12 Френеля. Технический результат — улучшение оптического качества линз Френеля и снижение их массы. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.


Изобретение относится к области солнечной энергетике и, в частности, к концентраторам солнечного излучения, используемым в фотоэлектрических модулях. Наиболее успешно заявляемое изобретение может быть применено при изготовлении композитных линзовых панелей для солнечных фотоэлектрических модулей, применяемых в концентраторных солнечных энергоустановках, в частности в солнечных батареях космических аппаратов.

В современном космическом аппаратостроении повышаются требования к системам бортового питания, в частности к солнечной батарее. Она должна давать большую удельную мощность при приемлемых массе и сроке службы. Увеличить электрическую мощность батареи позволяет включение в фотоэлектрические модули солнечной батареи концентраторов излучения, т.к. КПД используемых солнечных элементов при преобразовании концентрированного излучения растет. Применение оптических концентраторов позволяет пропорционально кратности концентрирования сократить площадь солнечных элементов и тем самым уменьшить стоимость солнечной батареи и увеличить срок службы батареи, так как концентраторы защищают солнечные элементы от воздействия космической радиации. Наиболее перспективным видом оптических концентраторов для космических фотоэлектрических модулей являются линейные линзы Френеля малой массы. В настоящее время с развитием технологий полимерных материалов увеличивается применение линз Френеля с полимерным профилем.

Известен способ изготовления линз Френеля и других оптических структур при использовании радиационно отверждаемого компаунда, которым заполняют промежуток между прозрачной панелью и негативной матрицей и затем отверждают с помощью УФ-излучения (см. заявка JP 2004258071, МПК G02B 3/00, опубликована 16.09.2004).

Недостатком линз, изготовленных с использованием радиационно отверждаемого компаунда, является снижение оптической эффективности концентраторов, обусловленное деградацией полимерных материалов под воздействием солнечного излучения, приводящей к появлению дополнительного поглощения солнечного излучения материалом концентратора.

Известен способ изготовления линз Френеля (см. заявка JP 2010066518, МПК G02B 3/00, опубликована 25.03.2010), в соответствии с которым на стеклянной подложке формируют структуру линзы Френеля из материала пластмассы.

Недостатком линз, получаемых этим способом, являются большие потери на поглощение солнечного излучения в линзах из пластмассы.

Известен способ изготовления линз Френеля (см. заявка JP 2007090545, МПК G02B 3/08, опубликована 12.04.2007) путем отливки в матрице линз Френеля и последующего отсоединения прозрачной подложки с листом линз Френеля от матрицы с помощью зажимов, присоединенных к четырем углам подложки. Подложка с листом линз Френеля отделяется при последовательном подъеме зажимов на небольшую высоту и одновременном давлении на центральную часть подложки.

Однако известный способ не применим для подложек из тонкого и хрупкого стекла толщиной 0,05?1.00 мм.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по совокупности существенных признаков является изобретение «способ изготовления линзовой панели для солнечных фотоэлектрических модулей» (см. патент RU 2359291 С1, МПК G02B 3/08, B29D 11/00 (2006.01), опубликован 20.06.2009), выбранное прототипом.

Известен способ изготовления линз Френеля для концентраторных фотоэлектрических модулей, совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. патент RU 2359291, МПК G02B 3/08, B29D 11/00, опубликован 20.06.2009). Способ-прототип включает изготовление негативных линз Френеля и снятие с них позитивных копий. Негативные линзы Френеля с квадратной апертурой, изготовленные методом алмазного точения, соединяют торцами в сборку, затем изготавливают промежуточную панель. Промежуточную панель изготавливают путем заливки между сборкой с негативными линзами Френеля и расположенным над сборкой силикатным стеклом или гибким листовым материалом двухкомпонентного силикона и последующей полимеризации последнего. Затем промежуточную панель механически отделяют от сборки, производят копирование промежуточной панели на полиуретановую матрицу. Копирование осуществляют путем полимеризации двухкомпонентного полиуретана в объеме между промежуточной панелью и плоским листовым материалом и отделения полученной полиуретановой матрицы путем ее изгиба. После чего полиуретановую матрицу закрепляют на твердом основании и заполняют двухкомпонентным силиконовым компаундом слоем с толщиной, превышающей на 0,1 мм или более высоту углублений профиля линзы Френеля в полиуретановой матрице. При этом поверх силикона помещают силикатное стекло с нанесенным на его поверхность праймером и производят выдавливание избыточного количества силиконовой смеси до толщины не менее 0,1 мм. Силиконовую смесь полимеризуют, а стекло с линзовой панелью отделяют от полиуретановой матрицы путем изгиба последней.

Способ-прототип позволяет изготавливать линзовые панели при массовом их производстве. Однако изготовление линз Френеля с двукратным копированием исходной сборки негативных линз Френеля и отделение стекла с линзовой панелью простым механическим изгибом ухудшает оптическую эффективность линзовой панели и не позволяет получать достаточно тонкие линзы Френеля малой массы, что особенно важно при использовании их в концентраторных фотоэлектрических модулях солнечной батареи космических аппаратов,

Задачей изобретения является создание такого способа изготовления линз Френеля для концентраторных фотоэлектрических модулей, который обеспечивает улучшение их оптического качества и одновременно позволяет снизить их массу.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления линз Френеля для концентраторных фотоэлектрических модулей включает изготовление негативной матрицы по меньшей мере одной линейной линзы Френеля алмазным точением металлической или пластмассовой ленты, закрепленной вокруг боковой поверхности барабана. Полученную негативную матрицу отделяют от барабана и прикрепляют к плоской подложке поверхностью, противолежащей поверхности с выточенным негативным профилем. Перед выточенным негативным профилем устанавливают плоскую стеклянную пластину, имеющую на поверхности, обращенной к негативной матрице, прозрачное адгезионное покрытие, а на противолежащей поверхности имеющую антиотражающее покрытие. Заполняют жидким силиконовым эластомером зазор между негативной матрицей и плоской стеклянной пластиной. Выдавливают избыточное количество жидкого силиконового эластомера до соприкосновения негативной матрицы с плоской стеклянной пластиной. Вулканизируют жидкий силиконовый эластомер и отделяют предварительно присоединенную к вакуумному столику плоскую стеклянную пластину с готовой линейной линзой Френеля от негативной матрицы путем ее изгибания.

Новым в способе является изготовление негативной матрицы по меньшей мере одной линейной линзы Френеля алмазным точением металлической или пластмассовой ленты, закрепленной вокруг боковой поверхности барабана, нанесение на поверхность стеклянной пластины, противоположной поверхности с выточенным негативным профилем, нанесение антиотражающего покрытия, выдавливание избыточного количества жидкого силиконового эластомера до соприкосновения негативной матрицы с плоской стеклянной пластиной, предварительное присоединение к вакуумному столику плоской стеклянной пластины с готовой линейной линзой Френеля перед ее отделением от негативной матрицы и направление струи сжатого воздуха на стык изгибаемой негативной матрицы и стеклянной пластины с готовой линейной линзой Френеля.

Введение в способ изготовления линз Френеля этих операций позволяет улучшить их оптическое качество за счет большей точности изготовления элементов линейных линз Френеля и изготавливать концентраторы меньшей массы.

Алмазное точение можно вести при температуре металлической или пластмассовой ленты, выбранной из интервала рабочих температур линейной линзы Френеля в концентраторном фотоэлектрическом модуле. А вулканизацию жидкого силиконового эластомера можно вести при температуре негативной матрицы линейной линзы Френеля, выбранной из интервала рабочих температур линейной линзы Френеля в концентраторном фотоэлектрическом модуле. Таким образом, устраняется размытие фокусной линии, происходящее из-за температурного изменения формы линейной линзы Френеля, и, соответственно, повышается КПД в случае нормального падения излучения и в случае разориентации.

Перед нанесением прозрачного адгезионного покрытия края стеклянной пластины, выступающие за область негативной матрицы линейной линзы Френеля, и сторону стеклянной пластины с антиотражающим покрытием можно покрывать съемной защитной пленкой, которую формируют нанесением слоя жидкого силиконового эластомера и последующей его вулканизации. Пленку удаляют при монтаже линейных линз Френеля в фотоэлектрические модули.

К краям стеклянной пластины, выступающим за область негативной матрицы линейной линзы Френеля, со стороны поверхности с антиотражающим покрытием можно прикреплять посредством вулканизированного силиконового эластомера рамку для фиксирования положения стеклянной пластины относительно негативной матрицы линейной линзы Френеля.

Плоскую стеклянную пластину предпочтительно использовать толщиной 0,05?1,00 мм.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где:


на фиг.1 в аксонометрии схематично изображена закрепленная вокруг боковой поверхности барабана лента с проточенным профилем линейной линзы Френеля;

на фиг.2 в поперечном сечении схематично изображено заполнение жидким силиконовым эластомером зазора между негативной матрицей и плоской стеклянной пластиной;

на фиг.3 в поперечном сечении схематично изображен способ фиксации положения стеклянной пластины относительно негативной матрицы;

на фиг.4 в поперечном сечении схематично изображен способ отсоединения концентратора от матрицы с негативным профилем.

Негативную матрицу 1 (матрицу с негативным профилем линейной линзы Френеля (см. фиг.1)) изготавливают алмазным точением ленты из пластмассы, металла или сплава, закрепленной вокруг боковой поверхности барабана 2. Затем негативную матрицу 1 отделяют от барабана 2 и распрямляют, прикрепив к плоскому гибкому основанию 3 стороной, обратной стороне с профилем 4. Негативная матрица 1 может быть изготовлена алмазным точением ленты, нагреваемой до температуры, находящейся в интервале температур, которые может иметь фотоэлектрический модуль в условиях эксплуатации (в диапазоне 40?80°С). На одну из сторон плоской стеклянной пластины 5, предпочтительно толщиной 0.05?1.00 мм (см. фиг.2, фиг.3, фиг.4), наносят покрытие 6, обеспечивающее к ней адгезию силиконового эластомера 7, образующего профиль линейной линзы Френеля, после его вулканизации. На обратную сторону стеклянной пластины 5 наносят антиотражающее покрытие 8. Перед нанесением адгезивного состава края стеклянной пластины 5, выступающие за область негативной матрицы 1, могут быть покрыты защитной пленкой 9, которую удаляют при монтаже линз в фотоэлектрические модули. Со стороны с антиотражающим покрытием стеклянная пластина также может быть покрыта защитной пленкой 10, которую удаляют после завершения монтажа линейных линз Френеля в фотоэлектрические модули. Эта защитная пленка может быть образована вулканизированием тонкого слоя жидкого силиконового эластомера. К краям стеклянной пластины 5 со стороны с антиотражающим покрытием 8 может быть прикреплена посредством вулканизирования тонкого слоя жидкого силиконового эластомера, образующего защитную пленку 10, бумажная рамка 11. Линейную линзу 12 Френеля формируют путем заполнения жидким силиконовым эластомером 7 зазора между негативной матрицей 1 и плоской стеклянной пластиной 5 и последующего выдавливания избыточного количества жидкого силиконового эластомера 7 так, чтобы расстояние между негативной матрицей 1 и стеклянной пластиной 5 было минимальным. Выдавливание происходит при установке на стеклянную пластину 5 груза, вес которого зависит от вязкости жидкого силиконового эластомером 7. Линейные линзы 12 Френеля также могут быть изготовлены с помощью негативной матрицы 1, имеющей температуру, поддерживаемую в интервале температур фотоэлектрического модуля в условиях эксплуатации (в диапазоне 40?80°С). С помощью бумажной рамки 11 и металлических зажимов 13 положение стеклянной пластины 5 может быть зафиксировано (см. фиг.3) относительно негативной матрицы 1. Затем, после завершения вулканизирования силиконового эластомера 7, от стеклянной пластины 5 отсоединяют бумажную рамку 11 и удаляют излишки 14 выдавленного силикона 7. Стеклянную пластину 5 с линейной линзой 12 Френеля отделяют путем изгиба негативной матрицы 1, предварительно присоединив стеклянную пластину 5 к вакуумному столику 15 (см. фиг.4). При этом на линию стыка изгибаемой матрицы 1 и стеклянной пластины с готовой линейной линзой 12 Френеля направляют струю сжатого воздуха.

Предложенным способом удалось изготовить концентратор площадью 0,0126 м 2 с двумя линейными линзами Френеля, отличающийся следующими характеристиками. В отличие от линз, полученных способом-прототипом, в которых наименьшая толщина френелевского профиля должна быть не меньше 0,1 мм, в линейных линзах Френеля, полученных предложенным способом, наибольшая толщина слоя силикона между стеклянной пластиной и впадинами френелевского профиля получается менее 0,1 мм. Значение оптической эффективности изготовленного концентратора оказывается более высоким, т.к. микропризмы расположены ближе к стеклянной пластине и углы наклона их преломляющих граней относительно поверхности стеклянной пластины меньше отклоняются от углов, заданных профилем негативной матрицы. Концентратор с толщиной профиля линзы Френеля в месте впадин меньше 0,1 мм сложнее отделить от матрицы, поэтому стеклянную пластину присоединяют к вакуумному столику для того, чтобы предотвратить ее раскалывание. В изготовленном предложенным способом концентраторе стеклянная пластина имеет толщину 0,125 мм, соответственно масса концентратора меньше массы линз, полученных способом-прототипом, той же площади больше чем в 15 раз.

1. Способ изготовления линз Френеля для концентраторных фотоэлектрических модулей, включающий изготовление негативной матрицы по меньшей мере одной линейной линзы Френеля алмазным точением металлической или пластмассовой ленты, закрепленной вокруг боковой поверхности барабана, которую затем отделяют от барабана и прикрепляют к плоской подложке поверхностью, противолежащей поверхности с выточенным негативным профилем, перед которым затем устанавливают плоскую стеклянную пластину, имеющую на поверхности, обращенной к негативной матрице, прозрачное адгезионное покрытие, а на противолежащей поверхности имеющую антиотражающее покрытие, заполнение жидким силиконовым эластомером зазора между негативной матрицей и плоской стеклянной пластиной, выдавливание избыточного количества жидкого силиконового эластомера до соприкосновения негативной матрицы с плоской стеклянной пластиной, вулканизацию жидкого силиконового эластомера и отделение предварительно присоединенной к вакуумному столику плоской стеклянной пластины с готовой линейной линзой Френеля от негативной матрицы путем ее изгибания и одновременного направления струи сжатого воздуха на стык изгибаемой негативной матрицы и стеклянной пластины с готовой линейной линзой Френеля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алмазное точение ведут при температуре металлической или пластмассовой ленты, выбранной из интервала рабочих температур линейной линзы Френеля в концентраторном фотоэлектрическом модуле.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вулканизацию жидкого силиконового эластомера ведут при температуре негативной матрицы, выбранной из интервала рабочих температур линейной линзы Френеля в концентраторном фотоэлектрическом модуле.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением прозрачного адгезионного покрытия края стеклянной пластины, выступающие за область негативной матрицы, покрывают съемной защитной пленкой.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно сторону стеклянной пластины с антиотражающим покрытием покрывают съемной защитной пленкой.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что съемную защитную пленку формируют нанесением слоя жидкого силиконового эластомера и последующей его вулканизации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что к краям стеклянной пластины, выступающим за область негативной матрицы, со стороны поверхности с антиотражающим покрытием прикрепляют посредством вулканизированного силиконового эластомера рамку для фиксирования положения стеклянной пластины относительно негативной матрицы.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают плоскую стеклянную пластину толщиной 0,05?1,00 мм.

Линзы Френеля

* линза с ФР=220 оптимальна для применения светодиодного освещения. При заказе просьба уточнить выбор.

— линза 321х402 мм тип А2b ПЛФ-202 1 шт.

— линза 321х402 мм тип В2b ПЛФ-204 1 шт.

— объектив ФР=500 мм TВИПИ-03 1 шт.


— инструкция по сборке TVIPY PRO 1 шт.

экономия 1’150 рублей!

компл. оптики ТИГР NEW до 19 — 9 ‘ 12 0 руб.

ВНИМАНИЕ! Комплект ТИГР совместим только с металлогалогенными лампами. Для проектора на основе комплекта ПРО со светодиодной лампой требуются линзы с ФР=220+550мм. Рефлекторы же в этом случае не нужны, поскольку светодиодная матрица излучает свет в одну сторону.

Металлогалоген с линзой Френеля своими руками

Поблагодарить(0)

Цитировать Ответить Тема: Металлогалоген с линзой Френеля своими руками

Опубликовано: 20-ноября-2013 04:30

давно я вынашивал идею создания прибора c линзой Френеля на металлогалогеновой лампе типа вот такого http://www.ebay.com/itm/250822119083 и вот как-то мне в руки попалась вот эта статья http://diyprojector.info/forum/topic/2398-primenenie-lampi-drish-575/. сделав предварительные расчёты я понял, что данная лампа без особых проблем должна влезть в корпус китайского френелевого арри 1000Вт, типа вот такого http://www.ebay.com/itm/221284951479. вооружившись вот этой статьёй http://hydroponics.at.ua/publ/1-1-0-1. а так же докупив необходимые ПРА, конденсаторы и игнитор тут http://helvar.com.ua/g1897456-helvar-empra-izu. а лампу тут http://mik.com.ua/catalog/lamp/metalholide/mlux-hmi_575_95_60_de.htm. я приступил к предварительной, наколенной сборке светильника. были приобретены балласты для ДНаТ на 400Вт + 150Вт + 150Вт, конденсаторы 32мкФ + 16мкФ + 16 мкФ и игнитор на 1000Вт. всё скрутил скотчем, подключил к колодкам и подсоединил сетевой кабель:

колбу установил на медных держателях, это решение временное. позже немного переделаю и установлю наконечники керамические на лампу, чтобы неровен час не коротнуло на корпус. видно, что колба зашла в корпус впритык:

ну теперь уже можно и протестировать лампень, параметры съёмки фота Nikon D800 ББ 5500К, ISO100, 1/100с, дырка 2.8. результат работы лампы:

к сожалению, я не делал теста прибора с родной лампой галогеновой 1000Вт, но уверяю вас, что металлогалоген по свету мощнее в 2-2.5 раза, а то и больше. теоретически, 575Вт металлогалогена должны светить, как галогенка на 3кВт, потому как выход 90Лм/Вт против 15Лм/Вт. так же изначально подкупает ББ в районе 5000-6000К, что удобнее, чем галогеновые 3200К. кстати, диммирование лампы возможно, но цветовая температура падает — при 70% мощности имеем около 4700К. теперь остаётся только оформить для балластов нормальный корпус из дюрали или нержавейки, покрасить его гламурно голубой краской (под стать корпусу лампы) и будет вполне себе профессиональный инструмент за в общем то вменяемые 450$. к тому же вся обвязка лампы очень проста и доступна, в случае выхода какого-то узла из строя купить замену не составляет никакой сложности. следующим моим шагом будет переделка пары моих китайских рефлекторных Red Hed Janiro 800Вт на такие же колбёхи, благо размер корпусов так же позволяет провести такую переделку, хоть и немного сложнее. ну и в совсем уж далёкой перспективе есть идея создания двухлампового софтбокса с принудительным охлаждением на базе подобных же двухцокольных металлогалогеновых ламп на 1200Вт, для полноценной работы на улице.

следите за темой, тут будет горячо!

Если Вы впервые на нашем Форуме:

Re: Как можно сделать линзу Френеля своими руками.

ИМХО если только на заводе где делают линзы! Как ты сдеалаешь вручную линзу такой сложной формы? Они же есть уже готовые!

Re: Как можно сделать линзу Френеля своими руками.

Re: Как можно сделать линзу Френеля своими руками.

Re: Как можно сделать линзу Френеля своими руками.

Re: Как можно сделать линзу Френеля своими руками.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *