FR2549242A1 - Method and optical device for concentrating radiant energy onto a receiver element, and application to the capture of energy, such as solar energy. - Google Patents
Method and optical device for concentrating radiant energy onto a receiver element, and application to the capture of energy, such as solar energy. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2549242A1 FR2549242A1 FR8310594A FR8310594A FR2549242A1 FR 2549242 A1 FR2549242 A1 FR 2549242A1 FR 8310594 A FR8310594 A FR 8310594A FR 8310594 A FR8310594 A FR 8310594A FR 2549242 A1 FR2549242 A1 FR 2549242A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- guide
- section
- radiation
- spot
- contour
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 33
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 16
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000032696 parturition Effects 0.000 abstract 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011968 Decreased immune responsiveness Diseases 0.000 description 1
- 230000001594 aberrant effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
- G02B19/0038—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
- G02B19/0042—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/40—Optical elements or arrangements
- H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H10F77/484—Refractive light-concentrating means, e.g. lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/40—Optical elements or arrangements
- H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H10F77/488—Reflecting light-concentrating means, e.g. parabolic mirrors or concentrators using total internal reflection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/12—Light guides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S23/72—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with hemispherical reflective surfaces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
L'INVENTION CONCERNE LA CAPTATION DE L'ENERGIE RAYONNANTE EMISE PAR UNE SOURCE ET SA CONCENTRATION SUR UN ELEMENT RECEPTEUR EN UNE TACHE D'ETENDUE DETERMINEE. LE DISPOSITIF COMPREND UN SYSTEME CONCENTRATEUR, PAR EXEMPLE UNE LENTILLE 1, SUIVI D'UN SYSTEME DECONCENTRATEUR, PAR EXEMPLE UN GUIDE 3 DE FORME TRONCONIQUE DONT LA SURFACE LATERALE EST INTERIEUREMENT REFLECHISSANTE, CE GUIDE DONNANT NAISSANCE, A PARTIR DE LA TACHE-IMAGE FORMEE PAR LA LENTILLE 1 SUR SA SECTION D'ENTREE 4, A UNE TACHE PLUS ETENDUE DE CONCENTRATION CONVENABLE AU NIVEAU DE SA SECTION DE SORTIE 6 OU EST PLACE L'ELEMENT RECEPTEUR 7. APPLICATION A LA CONVERSION DE L'ENERGIE SOLAIRE EN ENERGIE ELECTRIQUE.THE INVENTION CONCERNS THE CAPTURE OF THE RADIANT ENERGY EMITTED BY A SOURCE AND ITS CONCENTRATION ON A RECEIVING ELEMENT IN A TASK OF DETERMINED EXTENT. THE DEVICE INCLUDES A CONCENTRATOR SYSTEM, FOR EXAMPLE A LENS 1, FOLLOWED BY A DECONCENTRATOR SYSTEM, FOR EXAMPLE A GUIDE 3 OF TRUNCONIC SHAPE WHOSE SIDE SURFACE IS INTERNALLY REFLECTIVE, THIS GUIDE GIVING BIRTH FROM THE TACUS LENS 1 ON ITS INPUT SECTION 4 HAS A WIDER SPOT OF SUITABLE CONCENTRATION AT THE LEVEL OF ITS OUTPUT SECTION 6 WHERE THE RECEIVER ELEMENT 7. IS PLACED. APPLICATION TO THE CONVERSION OF SOLAR ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF OPTIQUE DE CONCENTRATION D'UNE ENERGIE
RAYONNANTE SUR UN ELEMENT RECEPTEUR, ET APPLICATION A LA CAPTATION D'ANERGIE TELLE QUE L'ENERCIE SOLAIRE.METHOD AND OPTICAL DEVICE FOR CONCENTRATING ENERGY
RADIANT ON A RECEIVER ELEMENT, AND APPLICATION TO THE CAPTATION OF ANERGY SUCH AS THE SOLAR ENERCY.
Il est classique de concentrer les rayonnements au moyen de lentilles convergentes ou de miroirs convergents en formant une image ou tout au moins une tache concentrée à partir des rayons provenant de la source de rayonnement. It is conventional to concentrate the radiation by means of convergent lenses or convergent mirrors forming an image or at least a concentrated spot from rays from the radiation source.
Une concentration tout à fait correcte et homogène requiert de former une image dans les conditions de l'aplanétisme. A perfectly correct and homogeneous concentration requires forming an image under the conditions of aplanetism.
Cette image est dite image de Gauss. Si le système optique n'est pas aplanétique, la partie la plus correcte de l'image ou de la tache concentrée obtenue est toujours approximativement inscrite dans le contour aplanétique théorique de l'image de Gauss. Ainsi en va-t-il pour des condenseurs, des lentilles ordinaires ou de
Fresnel, des miroirs sphériques ou paraboliques.This image is called Gauss image. If the optical system is not aplanatic, the most correct part of the image or the concentrated spot obtained is always approximately inscribed in the theoretical aplanatic contour of the Gauss image. So is it for condensers, ordinary lenses or
Fresnel, spherical or parabolic mirrors.
Si l'on veut s'en tenir à cette tache concentrée centrale la plus correcte, il s'ensuit plusieurs inconvénients. D'abord on est conduit à adopter une focale le plus souvent trop longue. Par exemple, la formule bien connue i = Foc (où i est le diamètre de la tache-image de Gauss, F la focale du système convergent et cc l'angle apparent, en radians, sous lequel on capte le rayonnement), conduit, pour un récepteur de 1 cm, dans le cas du rayonnement solaire CX = 1/100 radian), à une focale de 1 m. If one wants to stick to this central spot the most correct, it follows several disadvantages. First we are led to adopt a focal length usually too long. For example, the well-known formula i = Foc (where i is the diameter of the Gaussian image spot, F the focal length of the convergent system and the apparent angle, in radians, under which the radiation is captured), leads, for a receiver of 1 cm, in the case of solar radiation CX = 1/100 radian), at a focal length of 1 m.
Ensuite, la concentration est imposée par l'ouverture du système convergent, soit F/N, N étant égal, comme on sait, au rapport de la focale au diamètre de la pupille d'entrée du système. La concentration dans l'image de Gauss est en effet égale à 1/N2~2. Si l'on utilise, par exemple, comme il est courant de le faire, une lentille d'ouverture F/1, la concentration théorique centrale sera de l'ordre de 10 000 soleils. C'est beaucoup trop pour les applications usuelles. En outre, la tache concentrée obtenue est beaucoup trop petite eu égard à la taille du récepteur qui peut être, par exemple, une cellule photo voltalque. Then, the concentration is imposed by the opening of the convergent system, F / N, N being equal, as we know, the ratio of the focal length to the diameter of the entrance pupil of the system. The concentration in the Gauss image is indeed equal to 1 / N2 ~ 2. If one uses, for example, as is usual to do, an aperture lens F / 1, the central theoretical concentration will be of the order of 10,000 suns. This is much too much for the usual applications. In addition, the concentrated spot obtained is much too small considering the size of the receiver which can be, for example, a photo voltaic cell.
Pour obtenir, dans ces conditions, une image de Gauss de taille usuellement convenable, il faudrait diminuer l'ouverture de la lentille. En conservant son diamètre, afin de capter le même flux, il faudrait donc augmenter sa focale. Pour fixer les idées, une lentille d'ouverture F/1 et de 30 cm de diamètre, captant le rayonnement solaire, fournit théoriquement une concentration de l'ordre de 10 000 soleils au centre d'une image de Gauss de 3 mm de diamètre. Pour obtenir, par exemple, une concentration de 1 COO soleils dans un cercle de 1 cm de diamètre, il faudrait que la focale de la lentille soit d'environ 1 mètre (on retrouve le dimensionnement déjà signalé). Une telle longueur pouvant être considérée comme prohibitive, une solution traditionnelle consistait à ex-focaliser le récepteur.Mais alors, la répartition de l'éclairement sur ce récepteur devenait très inhomogène, présentant une zone sombre au centre qui était la plupart du temps inacceptable. To obtain, under these conditions, a Gauss image of usually adequate size, it would be necessary to reduce the opening of the lens. By keeping its diameter, in order to capture the same flow, it would be necessary to increase its focal length. To fix the ideas, a lens of opening F / 1 and of 30 cm of diameter, capturing the solar radiation, theoretically provides a concentration of the order of 10 000 suns in the center of a Gauss image of 3 mm of diameter . To obtain, for example, a concentration of 1 COO suns in a circle of 1 cm in diameter, it would be necessary that the focal length of the lens is about 1 meter (we find the sizing already reported). Such a length can be considered as prohibitive, a traditional solution was to ex-focus the receiver. But then, the distribution of illumination on this receiver became very inhomogeneous, having a dark area in the center that was mostly unacceptable.
Dans l'exemple qui vient d'être évoqué, la tache-image considérée est celle dite de Gauss, ce qui correspond au cas où l'on recherche l'éclairement maximal en acceptant de perdre le flux dispersé autour de cette tache-image du fait des aberrations du système optique. On peut aussi, et c'est un autre cas, chercher à limiter cette perte de flux en acceptant d'obtenir un éclairement moyen moindre. On prend alors une tache-image couvrant, par exemple, une surface double de celle de l'image de
Gauss. Avec une lentille d'ouverture F/1, la concentration moyenne théorique sera de 1' ordre de quelques milliers de soleils. La répartition de l'éclairement sera très inhomogène, présentant une zone beaucoup plus brillante au centre.On tentera dans ce cas aussi d'ex-focaliser le récepteur ; mais on ne parviendra pas, comme l'expérience le montre, à une répartition plus satisfaisante que dans le premier cas.In the example that has just been mentioned, the image spot considered is that called Gauss, which corresponds to the case where the maximum illumination is sought by accepting to lose the scattered flux around this image spot of the makes aberrations of the optical system. One can also, and this is another case, seek to limit this loss of flow by agreeing to obtain a lower average illumination. We then take a spot-image covering, for example, a surface double that of the image of
Gauss. With an F / 1 aperture lens, the theoretical average concentration will be on the order of a few thousand suns. The distribution of the illumination will be very inhomogeneous, presenting a much brighter area in the center. We will also try to ex-focus the receiver; but we shall not succeed, as experience shows, in a more satisfactory distribution than in the first case.
Diverses autres solutions sont possibles, soit en calculant des lentilles ou des miroirs spéciaux, soit en faisant appel à des dispositifs concentrateurs-additionnels comme ceux décrits dans les brevets français au nom de Malifaud n 1 543 165 du 6 mai 1964 et n 1 587 607 du 12 juin 1968. Toutes ces solutions ressortissent au seul processus de la concentration. Various other solutions are possible, either by calculating special lenses or mirrors, or by using concentrator-additional devices such as those described in the French patents in the name of Malifaud No. 1,543,165 of May 6, 1964 and No. 1,587,607 of June 12, 1968. All these solutions are the sole process of concentration.
La présente invention a pour objet un procédé de conception différente permettant d'ajuster de manière optimale la concentration d'une énergie rayonnante sur un élément récepteur. The present invention relates to a different design method for optimally adjusting the concentration of a radiant energy on a receiver element.
Ce procédé consiste à effectuer à la suite d'une concentration de l'énergie rayonnante en une tache-image, par exemple une image de
Gauss, une déconcentration partielle conduisant, à partir de ladite tache-image, à une tache de rayonnement offrant une étendue et une répartition prédéterminées sur l'élément récepteur. Une telle combinaison de concentration et de déconcentration partielle permet d'ajuster le facteur de concentration global et la répartition de l'énergie sur ltélément récepteur selon toute manière souhaitée.This method consists of following a concentration of the radiant energy in a spot-image, for example a picture of
Gauss, a partial deconcentration leading, from said spot image, to a radiation spot providing a predetermined extent and distribution on the receiving element. Such a combination of concentration and partial deconcentration makes it possible to adjust the overall concentration factor and the distribution of energy on the receiving element in any desired manner.
L'invention a également pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Ce dispositif, destiné à former dans un plan, à partir d'une source de rayonnement, une tache concentrée d'étendue prédéterminée, comprend, outre un système optique concentrateur, un système optique déconcentrateur placé à la suite du système concentrateur pertes, et constitué par un guide optique dont la surface latérale intérieurement réfléchissante va en s'évasant dans le sens de propagation du rayonnement et dont la section d'entrée est située sensiblement dans le plan de la tache image fournie par le système concentrateur, sa section de sortie étant étroitement adjacente à l'élén.ent récepteur. The invention also relates to a device for implementing the method defined above. This device, intended to form in a plane, from a radiation source, a concentrated spot of predetermined extent, comprises, in addition to a concentrator optical system, a deconcentrating optical system placed after the losses concentrator system, and constituted by an optical guide whose interiorly reflecting lateral surface flares in the direction of propagation of the radiation and whose input section is situated substantially in the plane of the image spot provided by the concentrator system, its output section being closely adjacent to the receiving element.
Ce dispositif présente en outre l'avantage de réduire la pupille d'entrée jouant le rôle de surface d'échange entre le milieu intérieur et le milieu extérieur, ce qui diminue les pertes par rayonnement. This device furthermore has the advantage of reducing the entrance pupil acting as an exchange surface between the internal medium and the external medium, which reduces the radiation losses.
Les sections d'entrée et de sortie du guide peuvent avoir pour contours respectifs deux lignes planes convexes, polygonales ou curvilignes, sa surface latérale étant définie par une ligne génératrice droite ou sensiblement droite, contenue dans un plan passant par une droite qui constitue un axe optique moyen pour le guide, cette ligne génératrice s'appuyant sur les contours des sections d'entrée et de sortie. The inlet and outlet sections of the guide may have respective contours for two convex, polygonal or curvilinear plane lines, its lateral surface being defined by a straight or substantially straight generating line, contained in a plane passing through a straight line which constitutes an axis optical medium for the guide, this generating line based on the contours of the input and output sections.
De préférence, lez plans des sections d'entrée et de sortie sont parallèles et la droite prise compte axe optique moyen du guide est perpendiculaire à ces plans. Dans des forces d'exécution avantageuses, la surface latérale du guide a une forne pyratr.-idale ou pyramidoidale, ou encore une forme conique ou conoldale. On entend ici par forme conoldale ou pyramidoidale la fore de la surface latérale d'un solide géométrique limité par deux bases extrêmes, parallèles entre elles et de arfaîe réales, la section transversale de ce solide croissant yrogressivement depuis la petite base jusqu'à la grande base, les deux bases étant reliées par des faces latérales jointives et ce solide géométrique admettant au moins deux plans de symétrie perpendiculaires aux bases. L'intersection de ces plans de symétrie constitue l'axe optique moyen du guide conoldal ou pyramidoidal. Par pyramidoide, on entend plus particulièrement un volume de ce genre dans lequel les bases sont sensiblement polygonales et les faces latérales sont planes ou sensiblement planes, c'est-à-dire légèrement galbées ou gauchies. A la différence d'un cône cu d'une pyramide, un conoide ou un pyranidoide ne comporte pas en général de sommet unique où se joignent ses aretes ; de plus, ses génératrices peuvent être légèrement galbées ou gauchies.Preferably, the planes of the input and output sections are parallel and the line taken into account the average optical axis of the guide is perpendicular to these planes. In advantageous performance forces, the lateral surface of the guide has a pyramidoidal or pyramidal shape, or a conical or conical shape. Here we mean by conold or pyramidoidal form the drill of the lateral surface of a geometric solid limited by two extreme bases, parallel to each other and of real areal, the cross section of this solid growing gradually from the small base to the large one. base, the two bases being connected by adjoining lateral faces and this geometric solid admitting at least two symmetry planes perpendicular to the bases. The intersection of these planes of symmetry constitutes the average optical axis of the conoldal or pyramidoidal guide. By pyramidoide is meant more particularly a volume of this kind in which the bases are substantially polygonal and the lateral faces are flat or substantially flat, that is to say slightly curved or warped. Unlike a cone or a pyramid, a conoid or a pyranidoid does not generally have a single vertex where its ridges join; in addition, its generators can be slightly curved or warped.
Il convient que la hauteur h donnée au guide satisfasse à la condition:
où dl et d2 sont les largeurs respectives des sections d'entrée et de sortie (soit leurs diamètres si ces sections sont circulaires), 1/N le rapport du diamètre de la pupille frontale du système concentrateur à sa distance focale, et- n l'indice du milieu intérieur du guide.Plus précisément, lorsque le guide a la forme d'un tronc de cône de révolution, sa hauteur h peut etre choisie telle que
The height h given to the guide should satisfy the condition:
where d1 and d2 are the respective widths of the inlet and outlet sections (ie their diameters if these sections are circular), 1 / N the ratio of the front pupil diameter of the concentrator system to its focal length, and n index of the inner environment of the guide.More precisely, when the guide has the shape of a truncated cone of revolution, its height h can be chosen such that
Dans tous les cas où le guide a une section de sortie circulaire, quelle que soit la forme de sa section d'entrée, sa hauteur h peut également être choisie telle que
In all cases where the guide has a circular exit section, whatever the shape of its inlet section, its height h can also be chosen such that
On peut prévoir, afin d'obtenir un affaiblissement (souhaité dans certains cas) de l'éclairement dans la -partie centrale de la tache concentrée fournie par le dispositif, que le guide comporte, au centre de sa section d'entrée et/ou de sortie, un petit élément perturbant la marche des rayons.Lorsque le guide est réalisé par- moulage sous forme d'un guide plein en matière transparente, le petit élément perturbateur peut avantageusement être constitué par une protubérance apparaissant au centre de la section d'entrée# et/ou de sortie par suite du processus de moulage. It can be provided, in order to obtain a weakening (desired in certain cases) of the illumination in the central part of the concentrated spot provided by the device, that the guide comprises, in the center of its inlet section and / or a small element disturbing the ray operation.When the guide is made by molding in the form of a solid guide transparent material, the small disturbing element may advantageously be constituted by a protuberance appearing in the center of the section d ' # input and / or output as a result of the molding process.
Pour réduire la précision de pointage nécessaire dans le cas d'une source de rayonnement mobile, le contour de la section d'entrée du guide peut être choisi plus grand que celui de la tache image formée par le système concentrateur. Si la source mobile se déplace d'un mouvement régulier dans un plan contenant le dispositif, il est alors avantageux que le contour de la section d'entrée du guide soit oblong suivant la direction dudit plan. To reduce the pointing accuracy required in the case of a moving radiation source, the contour of the input section of the guide may be chosen larger than that of the image spot formed by the concentrator system. If the moving source moves with a regular movement in a plane containing the device, it is advantageous that the contour of the input section of the guide is oblong in the direction of said plane.
Le contour de la section d'entrée du guide peut aussi coïncider sensiblement avec celui de la tache image formée par le système concentrateur. Dans tous les cas, lorsque la source est mobile, le dispositif peut avantageusement comporter, surmontant la section d'entrée du guide, un miroir collecteur accroissant la surface apparente de ladite section d'entrée, ce qui augmente l'aire de captage du dispositif.Dans une forme d'exécution avantageuse destinée au cas d'une source mobile qui se déplace d'un mouvement régulier dans un plan contenant le dispositif, ] miroir collecteur a pour trace, dans ledit plan, du côté où risque de se produire le plus couramment un dépointage du dispositif, une ligne incurvée convexe calculée pour que les rayons d'incidence-limite, dans le sens du dépointage, qui tombent sur la partie correspondante du miroir collecteur soient renvoyés vers le point opposé du contour de la section d'entrée du guide, cette ligne incurvée se raccordant par un segment rectiligne au point adjacent du contour de ladite section d'entrée, et, du côté opposé, une ligne incurvée concave calculée pour que les rayons d'incidence-limite dans le sens opposé au dépointage qui tombent sur la partie correspondant audit segment rectiligne et sont réfléchis par celle-ci soient renvoyés vers le point du contour de la section d'entrée du guide auquel se raccorde ledit segment rectiligne. The contour of the input section of the guide may also coincide substantially with that of the image spot formed by the concentrator system. In all cases, when the source is mobile, the device may advantageously comprise, overcoming the inlet section of the guide, a collecting mirror increasing the apparent surface of said inlet section, which increases the sensor area of the device In an advantageous embodiment intended for the case of a moving source which moves with a regular movement in a plane containing the device, the collecting mirror has a trace, in said plane, of the side where the risk of more commonly a misalignment of the device, a convex curved line calculated so that the incidence-limiting radii, in the direction of misalignment, which fall on the corresponding part of the collector mirror are returned to the opposite point of the contour of the section of entry of the guide, this curved line being connected by a rectilinear segment to the point adjacent the contour of said inlet section, and, on the opposite side, a concave curved line calculated for that the incidence-limiting rays in the opposite direction to the misalignment which fall on the part corresponding to said rectilinear segment and are reflected by it are returned to the point of the contour of the inlet section of the guide to which the said segment is connected straight.
Il entre dans le cadre de l'invention d'appliquer le procédé ou le dispositif défini ci-dessus à l'excitation d'un élément récepteur photosensible, tel qu'une cellule photo voltalque,par le rayonnement provenant d'une source, telle que le soleil, cet élément étant placé sensiblement en coIncidence avec la section de -sortie du système déconcentrateur. L'invention comprend également l'application au chauffage à une température donnée d'un élément récepteur, tel qu'un corps susceptible de dissociation thermique, par le rayonnement provenant d'une source, telle que le soleil, cet élément étant placé au voisinage de la sec#tion de sortie du système déconcentrateur. It is within the scope of the invention to apply the method or the device defined above to the excitation of a photosensitive receiver element, such as a photo voltaic cell, by radiation originating from a source such as the sun, this element being placed substantially coincidental with the outflow section of the deconcentrator system. The invention also comprises the application to the heating at a given temperature of a receiving element, such as a body capable of thermal dissociation, by radiation from a source, such as the sun, this element being placed in the vicinity the outlet section of the deconcentrator system.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs . Other features and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, with reference to the accompanying drawings, of non-limiting exemplary embodiments.
Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un dispositif selon l'invention, son système concentrateur- étant respectivement constitué par une lentille et par un miroir concave. Figures 1 and 2 show schematically a device according to the invention, its concentrator system being respectively constituted by a lens and a concave mirror.
Les figures 3 et 4 montrent deux cas limites relatifs au dimensionnement du guide optique, celui-ci se présentant respectivement sous la forme d'un miroir creux et d'un solide plein transparent. Figures 3 and 4 show two limiting cases relating to the design of the optical guide, the latter being respectively in the form of a hollow mirror and a solid transparent.
Les figures 5 et 6 illustrent deux cas particuliers de dimensionnement du guide optique. Figures 5 and 6 illustrate two particular cases of sizing the optical guide.
La figure 7 représente un exemple de répartition de l'éclairement au voisinage de la section de sortie du guide optique. FIG. 7 represents an example of distribution of the illumination in the vicinity of the exit section of the optical guide.
La figure 8 illustre un cas de dépointage du dispositif dans une direction déterminée et la figure 9 la forme que l'on peut donner à la section d'entrée du guide pour obvier à un tel dépointage. Figure 8 illustrates a case of misalignment of the device in a given direction and Figure 9 the shape that can be given to the input section of the guide to obviate such misalignment.
La figure 10 montre la forme d'un miroir collecteur placé devant le guide pour obvier de même à un dépointage dans une direction déterminée. Figure 10 shows the shape of a collector mirror placed in front of the guide to obviate similarly a misalignment in a specific direction.
Dans le dispositif représenté sur la figure 1, le système optique concentrateur est constitué par une simple lentille convergente 1. Ce peut être une lentille de Fresnel ; ce pourrait être aussi un condenseur à deux lentilles, etc... Cette lentille capte un rayonnement provenant d'une source qui peut être le soleil ou toute autre source, par exemple un réacteur d'avion ou d'engin emettant un rayonnement infrarouge. Elle concentre ce rayonnement dans le plan 2 de son foyer défini par sa distance focale F. Un guide optique tronconique 3 est disposé suivant un même axe optique 20 de manière que sa petite section 4 coincide sensiblement avec la partie la plus concentrée de la tache-image formée dans le plan du foyer 2.Ce guide tronconique peut être en verre (ou en tout autre matériau réfringent approprié aux longueurs d'onde du rayonnement capté), sa surface latérale 5 faisant office de miroir par réflexion totale. Il peut aussi être creux, réalisé par exemple en aluminium brillanté, et être de forme conoidale, pyramidale ou pyramidoidale, éventuellement avec des génératrices non rectilignes. In the device shown in FIG. 1, the concentrator optical system consists of a single convergent lens 1. It may be a Fresnel lens; it could also be a condenser with two lenses, etc ... This lens captures radiation from a source that may be the sun or any other source, for example a jet engine or engine emitting infrared radiation. It concentrates this radiation in the plane 2 of its focus defined by its focal length F. A frustoconical optical guide 3 is disposed along the same optical axis 20 so that its small section 4 coincides substantially with the most concentrated part of the spot. image formed in the plane of focus 2.This frustoconical guide may be glass (or any other refracting material appropriate to the wavelengths of the captured radiation), its lateral surface 5 acting as mirror by total reflection. It can also be hollow, made for example of shiny aluminum, and be conoidal, pyramidal or pyramidoidal, possibly with non-rectilinear generators.
Le rayonnement s'achemine dans le guide 3 par des réflexions sur sa paroi latérale 5 et sa concentration mécroit en raison inverse des aires des sections droites atteintes, jusqu'à la sortie par la grande section 6. L'aire de cette section est déterminée de manière que le rapport entre 1' aire de la section d'entrée 4 et l'aire de cette section 6 soit égal au facteur de déconcentration recherché. Par exemple, dans le cas d'une captation du rayonnement solaire, si la concentration dans la section d'entrée 4 est de 10 000 soleils et qu'on veuille obtenir une concentration de 1 000 soleils, le facteur de déconcentration recherché est de 1/10. The radiation travels in the guide 3 by reflections on its side wall 5 and its mistrust concentration in inverse ratio to the areas of the straight sections reached, to the exit by the large section 6. The area of this section is determined so that the ratio between the area of the inlet section 4 and the area of this section 6 is equal to the desired deconcentration factor. For example, in the case of a capture of the solar radiation, if the concentration in the entry section 4 is of 10 000 suns and that one wishes to obtain a concentration of 1000 suns, the deconcentration factor sought is 1 / 10.
L'aire de la section 6 sera dix fois plus grande que celle de la section 4. Le récepteur 7, par exemple une cellule photo voltalque,sera disposé au voisinage de la section de sortie 6, de manière que la déconcentration supplémentaire subie, par le faisceau de rayonnement divergent sortant du guide 3 soit négligable. Si ce n'était pas le cas, on réduirait l'aire de la section 6 de manière que la concentration finale sur le récepteur soit bien celle que l'on veut obtenir'en définitive.The area of section 6 will be ten times larger than that of section 4. The receiver 7, for example a photo voltaic cell, will be arranged in the vicinity of the outlet section 6, so that the additional deconcentration undergone by the diverging beam of radiation emerging from the guide 3 is negligible. If this were not the case, the area of section 6 would be reduced so that the final concentration on the receiver would be the one ultimately desired.
Dans le cas où le système optique concentrateur 1 fournit une tache-image très aberrante, par exemple s'il s'agit d'une lentille de Fresnel (une telle lentille fournissant une superposition quasiment aléatoire d'images de Gauss affectées de diverses aberrations), la partie centrale la plus concentrée de cette tache-image que l'on juge bon de capter dans la section d'entrée 4 du guide tronconique 3 peut être beaucoup plus grande que l'image dite de Gauss (dont l'aire correspondrait à celle de l'image que fournirait un système optique aplanétique de meme diamètre et de même ouverture relative que ladite lentille de
Fresnel). Pour tenir compte de ce fait, le facteur de déconcentration caractérisant le guide tronconique sera notablement réduit.In the case where the concentrator optical system 1 provides a very aberrant image spot, for example if it is a Fresnel lens (such a lens providing an almost random overlay of Gauss images affected by various aberrations) , the most concentrated central part of this spot-image that is judged good to capture in the inlet section 4 of the frustoconical guide 3 may be much larger than the so-called Gauss image (whose area corresponds to that of the image that would provide an aplanatic optical system of the same diameter and the same relative opening as said lens of
Fresnel). To take this fact into account, the deconcentration factor characterizing the frustoconical guide will be significantly reduced.
La figure 2 montre un dispositif analogue où le système optique concentrateur est un miroir sphérique (ou parabolique) 8. FIG. 2 shows a similar device where the concentrator optical system is a spherical (or parabolic) mirror 8.
Le rapport entre les aires Si et S2 des sections circulaires 4 et 6 de rayons ri et r2 du guide tronconique étant pris égal au facteur de déconcentration recherché, la hauteur h de ce tronc de cône et, partant, son demi-angle au sommet y (y = Arc r2-r I tg - h ) peuvent avoir des valeurs très diverses. Dans tous les cas, cependant, la valeur de la hauteur h ne peut être choisie inférieure à une valeur minimale au-dessous de laquelle le miroir tronconique déconcentrateur ne pourrait plus jouer aucun rôle.Soit, par exemple (voir figure 3), un miroir tronconique 3a creux, captant dans sa petite section 4a de rayon ri un rayonnement concentré lui parvenant sous un angle d'incidence maximal i. Si le facteur de déconcentration recherché est 1/C, la valeur du rayon r2 de sa section de sortie 6a est fixée par r12 / r22 = 1/C. The ratio between the areas S 1 and S 2 of the circular sections 4 and 6 of radii r 1 and r 2 of the frustoconical guide being taken equal to the desired deconcentration factor, the height h of this truncated cone and, hence, its half-angle at the apex (y = Arc r2-r I tg-h) can have very different values. In any case, however, the value of the height h can not be chosen lower than a minimum value below which the frustoconical deconcentrator mirror could no longer play any role. For example (see FIG. hollow frustoconical 3a, capturing in its small section 4a of radius ri a concentrated radiation reaching it under an angle of maximum incidence i. If the desired deconcentration factor is 1 / C, the value of the radius r2 of its output section 6a is set by r12 / r22 = 1 / C.
Lorsque le demi-angle au sommet r du guide est égal (cas de la figure 3) ou supérieur à C, aucun des rayons provenant du système concentrateur 1 ne se réfléchit sur la paroi latérale du guide tronconique. Dans ce cas limite, la hauteur ho du guide est égale à r2 - ri
tg#
Autrement dit, la condition de valeur minimale par la hauteur h du guide optique est donc
avec l'ouverture relative de la lentille 1 étant F/N.When the half-angle at the vertex r of the guide is equal (in the case of FIG. 3) or greater than C, none of the rays coming from the concentrator system 1 are reflected on the lateral wall of the frustoconical guide. In this limiting case, the height ho of the guide is equal to r2 - ri
tg #
In other words, the minimum value condition by the height h of the optical guide is therefore
with the relative opening of the lens 1 being F / N.
Si le guide tronconique est constitué d'un tronc de cône 3b en verre d'indice de réfraction n agissant par des réflexions totales (figure 4), l'angle de réfraction ' correspndant à l'angle d'incidence maximal Q est égal à Arc sin 1/2nN. La condition indiquée devient alors
If the frustoconical guide consists of a truncated cone 3b in glass of refractive index n acting by total reflections (FIG. 4), the refractive angle 'corresponding to the maximum angle of incidence Q is equal to Arc sin 1 / 2nN. The indicated condition then becomes
Pour fixer les idées, on peut considérer a titre d'exemple le cas suivant : l'optique convergente 1 est une lentille de 270 mi de diamètre, ouverte à P e = 30 aptant le rayonnement solaire ; la section de sortie du guide tronconique en verre d'indice 1,5 est associée à une cellule photo-volta#que de même diantre 2 r2 = 10 mm ; la concentration finale souhaitée est d'environ 1000 soleils. Si l'on capte dans la petite section du guide l'image de Gauss, on a
270 x 0,01
rl = -- = 1,35 mm. For the sake of clarity, the following example may be considered as an example: convergent optics 1 is a lens 270 mm in diameter, open at P e = 30 apt for solar radiation; the outlet section of the glass frustoconical guide of index 1.5 is associated with a photovoltatic cell # that likewise diantre 2 r2 = 10 mm; the desired final concentration is about 1000 suns. If we capture in the small section of the guide the image of Gauss, we have
270 x 0.01
rl = - = 1.35 mm.
2
Il faut alors, d'après la relation (1): h > 10,4 mm.2
It is then necessary, according to relation (1): h> 10.4 mm.
Si l'optique convergente est une lentille de Fresnel, qui fournit une superposition d'images de Gauss agrandissant la partie centrale la plus brillante de la tache concentrée, on peut être amené à prendre, par exemple , ri = 2 mm. -Il faudra alors h > 9,4 nia. If the convergent optics is a Fresnel lens, which provides a superposition of Gauss images enlarging the brightest central portion of the concentrated spot, it may be necessary to take, for example, ri = 2 mm. -It will then h> 9.4 nia.
Cette condition d'une valeur minimale pour la hauteur h du tronc de cône étant respectée, on peut choisir la valeur de h et, partant, celle de y,en fonction des caractéristiques qu'on veut obtenir pour l'éclairement produit dans la section de sortie du guide tronconique et dans son voisinage immédiat, notamment en fonction de la répartition plus ou moins homogène de cet éclairement. This condition of a minimum value for the height h of the truncated cone is respected, we can choose the value of h and hence that of y, depending on the characteristics we want to obtain for the illumination produced in the section outlet of the frustoconical guide and in its immediate vicinity, in particular according to the more or less homogeneous distribution of this illumination.
Si l'on désire la plus grande homogénéité, on peut utiliser les optimisations du dimensionnement du miroir tronconique décrites dans les brevets français suivants, au nom de Malifaud :
n0 1 587 607 du 12 juin 1968
n 1 602 203 du 19 juillet 1968
n0 2 224 769 du 03 avril 1973
n0 2 224 770 du 03 avril. 1973. If one desires the greatest homogeneity, one can use the optimizations of the sizing of the frustoconical mirror described in the following French patents, in the name of Malifaud:
No 1 587 607 of 12 June 1968
No 1 602 203 of 19 July 1968
No 2,224,769 of 03 April 1973
No. 2,224,770 of April 3rd. 1973.
Si lton désire une répartition non homogène d'un type particulier, on peut recourir aux modulations des paramètres des relations de dimensionnement, impliquées dans ces brevets français, notamment dans le brevet n 1 602 203, et aussi dans un autre brevet français au meme nom, n 1 543 165 du 6.05.64. If it desires a non-homogeneous distribution of a particular type, it is possible to resort to the modulations of the parameters of the dimensioning relations involved in these French patents, in particular in the patent No. 1,602,203, and also in another French patent with the same name. , No. 1,543,165 of 6.05.64.
Un type de répartition non homogène, souhaité dans certains cas, est représenté par la courbe de la figure 7 ; il comporte un affaiblissement de l'éclairement E dans la région centrale de la section de sortie de diamètre d2 =2 r2 du miroir tronconique. Cet affaiblissement est bien moindre que celui qu'entratnerait une simple disposition ex-focalisée du récepteur 7 derrière la lentille convergente 1, dans le but de diminuer le degré de concentration sans utilisation de guide optique. A non-homogeneous type of distribution, desired in some cases, is represented by the curve of FIG. 7; it comprises a weakening of the illumination E in the central region of the outlet section of diameter d2 = 2 r2 of the frustoconical mirror. This attenuation is much less than that which would result from a simple ex-focussed arrangement of the receiver 7 behind the convergent lens 1, in order to reduce the degree of concentration without the use of an optical guide.
Pour obtenir une répartition de ce type, on peut utiliser le fait que les rayons captés par le miroir tronconique se répartissent en familles discontinues selon le nombre des réflexions qu'ils subissent sur la surface latérale conique. Il en résulte à la sortie du tronc de cône une répartition homogène en anneaux plus ou moins brillants alternativement. La répartition optimale peut, selon l'invention, être recherchée expérimentaleme nten faisant varier la hauteur h du guide et en choisissant celle qui fournit la répartion tronconique s'approchant le plus de celle qu'on recherche. On peut aussi recourir aux considérations développées à ce sujet dans le brevet français n0 1 543 165, déjà mentionné, et moduler les paramètres en conséquence, au besoin en programmant à cet effet un ordinateur. To obtain a distribution of this type, it is possible to use the fact that the rays captured by the frustoconical mirror are divided into discontinuous families according to the number of reflections they undergo on the conical lateral surface. As a result, at the outlet of the truncated cone a homogeneous distribution into more or less brilliant rings alternately. The optimum distribution may, according to the invention, be experimentally sought by varying the height h of the guide and choosing the one which provides the frustoconical distribution closest to that sought. It is also possible to use the considerations developed in this regard in French Patent No. 1,543,165, already mentioned, and to modulate the parameters accordingly, if necessary by programming a computer for this purpose.
Indépendamment de ces modes de détermination, deux exemples de combinaisons selon l'invention sont décrits ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif. Independently of these modes of determination, two examples of combinations according to the invention are described below, by way of indication and in no way limiting.
Premier exemple (fig. 59. Le guide tronconique 3c est un miroir creux de hauteur
placé derrière une lentille convergente 1 d'ouverture F/N.First example (Fig. 59) The frustoconical guide 3c is a hollow mirror of height
placed behind a convergent lens 1 F / N opening.
Dans le plan de la figure, tous les rayons provenant des points tels que Li situés sur le bord périphérique de la lentille 1 subissent une réflexion dans le guide ~c. La moitié des rayons provenant d'un point tel que L2 subissent une réflexion. Les rayons provenant de la partie centrale de la lentille entre les points tels que L3 et le centre Lo ne subissent aucune réflexicn dans le miroir tronconique, les points L2 et L3 partageant le segment Lo Li en trois parties grosso modo équivalentes. In the plane of the figure, all the rays coming from the points such as Li situated on the peripheral edge of the lens 1 undergo a reflection in the guide ~ c. Half of the rays from a point such as L2 undergo reflection. The rays coming from the central part of the lens between the points such as L3 and the center Lo do not undergo any reflexion in the frustoconical mirror, the points L2 and L3 sharing the Lo Li segment into three roughly equivalent parts.
La construction. déterminant un guide tronconique en verre d'indice 1,5 serait obtenue en traçant les rayons réfractés à l'entrée du tronc de cône. Dans ce cas
Pour ri = 1,35 mm et r2 =5 mm, on trouve alors h# - 18 iman, et, pour ri = 2 mm et r2 = 5, h ~ 20 mm. The construction. determining a glass frustoconical guide of index 1.5 would be obtained by drawing the refracted rays at the entrance of the truncated cone. In that case
For ri = 1.35 mm and r2 = 5 mm, there is then h # - 18 iman, and for ri = 2 mm and r2 = 5, h ~ 20 mm.
Dans ces conditions, une partie importante (pouvant être de l'ordre de la moitié) du flux fourni par la lentille convergente subit au moins une réflexion dans le guide tronconique. Ce flux correspond à une zone annulaire périphérique de la lentille. Under these conditions, a significant portion (which may be of the order of one-half) of the flow provided by the convergent lens undergoes at least one reflection in the frustoconical guide. This flow corresponds to a peripheral annular zone of the lens.
Second exemple (fig. 6). Le guide tronconique 3d est un guide creux et des points L4 sont choisis à ni-distance du centre
Lo et des bords de la lentille 1. La hauteur h du guide 3d est alors donnée, conformément au tracé de la figure, par la formule
Second example (Figure 6). The frustoconical guide 3d is a hollow guide and L4 points are chosen at a distance from the center
Lo and edges of the lens 1. The height h of the 3d guide is then given, according to the plot of the figure, by the formula
Dans le cas d'un guide en verre d'indice 1,5, sa hauteur h est déterminée par la formule
qui donne, pour r2 - 4,23 mm, h z 23 mm.In the case of a glass guide of index 1.5, its height h is determined by the formula
which gives, for r2 - 4.23 mm, hz 23 mm.
On observera que, dans les formules de ce second exemple, le rayon ri de la section d'entrée du guide n'intervient pas. Par ailleurs, on voit sur la figure que le flux provenant d'une zone annulaire périphérique de la lentille, limitée par les points L4, subissent une réflexion dans le guide optique 3d D'une manière générale, on peut combiner les moyens selon l'invention avec une très légère ex-focalisation de la section d'envrée du guide déconcentrateur par rapport au plan focal du système convergent fournissant la première tache-image très concentrée. It will be observed that, in the formulas of this second example, the radius r 1 of the input section of the guide does not intervene. Furthermore, it can be seen in the figure that the flux coming from a peripheral annular zone of the lens, bounded by the points L4, undergoes reflection in the optical guide 3d. In a general manner, the means according to FIG. invention with a very slight ex-focalisation of the section envere of the deconcentrator guide relative to the focal plane of the converging system providing the first very concentrated image spot.
Enfin, un autre moyen selon l'invention d'obtenir une répartition du type représenté sur la figure 7 peut consister à prévoir au centre de la section d'entrée du guide tronconique et/ou au centre de la section de sortie une zone diffusant le rayonnement, par exemple en dépolissant une zone centrale dans le cas d'un guide plein en verre. De cette manière, le rayonnement subit à l'entrée une perturbation dont l'effet se répercute à la sortie en affaiblissant l'éclairement au centre. Dans le cas particulier d'un guide en verre obtenu par moulage ou pressage, on peut -mettre à profit, selon l'invention, le fait que la pièce brute de moulage peut présenter un point d'injection sous la forme d'une petite protubérance qui disperse le rayonnement.On peut faire en sorte que ce point dispersif soit situé-par exemple au centre de la section d'entrée du guide tronconique (ou au centre de la section de sortie, selon les cas). Ainsi, on obtient la répartition recherchée, présentant un affaiblissement au centre, en mettant à profit un défaut inévitable que l'on supprime habituellement par une rectification et un polissage coûteux, d'où ici un double avantage, sur les plans technique et financier. Finally, another means according to the invention to obtain a distribution of the type shown in FIG. 7 may consist in providing in the center of the inlet section of the frustoconical guide and / or in the center of the outlet section a zone diffusing the radiation, for example by roughening a central area in the case of a full glass guide. In this way, the radiation undergoes at the input a disturbance whose effect is reflected in the output by weakening the illumination in the center. In the particular case of a glass guide obtained by molding or pressing, it can be made advantage of, according to the invention, the fact that the molding blank can have an injection point in the form of a small protrusion which disperses the radiation.On can be made so that this dispersive point is located-for example in the center of the inlet section of the frustoconical guide (or in the center of the outlet section, as appropriate). Thus, the desired distribution is obtained with a weakening in the center, taking advantage of an inevitable defect that is usually removed by expensive grinding and polishing, hence here a double advantage, technically and financially.
Un autre problème Important qui apparaît dans le cas de la concentration de l'énergie solaire est celui que pose la nécessité de maintenir l'axe 20 du dispositif optique dans la direction du soleil. Afin de diminuer la précision demandée à ce pointage, il est proposé selon l'invention dtaugmenter l'aire de la section d'entrée du guide tronconique. En reprenant l'exemple développé plus haut, un calcul très simple indique de combien il faut augmenter le diamètre dl de la section d'entrée du guide tronconique pour qu'un dépointage de valeur donnée n'affecte pas la captation par ce guide de la tache-image concentrée. Another important problem which arises in the case of the concentration of solar energy is that posed by the need to keep the axis 20 of the optical device in the direction of the sun. In order to reduce the precision required at this point, it is proposed according to the invention to increase the area of the inlet section of the frustoconical guide. Taking again the example developed above, a very simple calculation indicates how much it is necessary to increase the diameter d1 of the inlet section of the frustoconical guide so that a misalignment of given value does not affect the capture by this guide of the concentrated image spot.
La lentille convergente 1 ayant un diamètre de 270 mm et l'angle d'incidence des rayons captés à entrée du guide tronconique 3 étant de 300 environ, le triangle ABF (fig. 8) qui a pour base le diamètre de la lentille et pour sommet son foyer (au centre de la section d'entrée) est équilatéral. Pour un dépointage angulaire 6 , le déplacement PP' du point d'incidence dans le plan focal est égal à 270 mm multiplié par tg G et divisé par le cosinus de 300. The convergent lens 1 having a diameter of 270 mm and the angle of incidence of the rays captured at the entrance of the frustoconical guide 3 being about 300, the triangle ABF (FIG 8) which is based on the diameter of the lens and for vertex its focus (in the center of the entrance section) is equilateral. For an angular misalignment 6, the displacement PP 'of the point of incidence in the focal plane is equal to 270 mm multiplied by tg G and divided by the cosine of 300.
Pour un dépointage E = 10, 30' ou 15', l'augmentation de ri doit ainsi être respectivement de 5,4 mm, 2,7 mm ou 1,35 mm.For a misalignment E = 10, 30 'or 15', the increase of ri must thus be respectively 5.4 mm, 2.7 mm or 1.35 mm.
Le dépointage, causé assez généralement par un décalage en retard du système de poursuite par rapport au mouvement apparent du soleil seproduit toujours dans le même sens. Le pointage exact correspondant à une tache-image circulaire de diamètre PQ (fig. 8 et 9), il faut augmenter ce diamètre de la longueur PP' pour continuer à capter correctement le rayonnement lors du dépointage. The misalignment, caused rather generally by a late lag of the tracking system relative to the apparent movement of the sun is always produced in the same direction. The exact score corresponding to a circular image spot of diameter PQ (FIGS 8 and 9), it is necessary to increase this diameter of the length PP 'to continue to correctly capture the radiation during misalignment.
On donnera à PP' la valeur
We will give PP 'the value
Il est préférable, selon l'invention, de n'augmenter le diamètre d'entrée que dans le sens du déplacement 9 de la tache isage(voir figure 9). La section d'entrée du guide tronconique prend alors la forme indiquée sur la figure, qui stobtient en raccordant par deux tangentes les demi-cercles correspondant aux positions extrêmes de la tache-image lors du dépointage. La section de sortie, associée au récepteur, demeure la même, circulaire. Le guide déconcentrateur 3 est alors de forme conararle, sa surface latérale réfléchissante raccordant le contour représenté sur la figure 9 au contour circulaire de la section de sortie.La hauteur du tronc de conolde est déterminée selon l'invention comme décrit plus haut (second exemple), en ne faisant intervenir que le rayon rl de la tache captée. Dans le cas, par exemple, d'un déconcentrateur en verre moulé, la fabrication d'un tel conoïde, une fois le moule réalisé, s'opère exactement corme celle d'un tronc de cône de révolution ordinaire. It is preferable, according to the invention, to increase the input diameter only in the direction of displacement 9 of the stain isage (see Figure 9). The inlet section of the frustoconical guide then takes the form indicated in the figure, which stobtient by connecting by two tangents semicircles corresponding to the extreme positions of the image spot during misalignment. The output section, associated with the receiver, remains the same, circular. The deconcentrator guide 3 is then of conararle shape, its reflective lateral surface connecting the contour shown in FIG. 9 to the circular contour of the outlet section. The height of the conical trunk is determined according to the invention as described above (second example ), only involving the radius r1 of the captured spot. In the case, for example, of a molded glass deconcentrator, the manufacture of such a conoid, once the mold is made, operates exactly like that of a truncated cone of ordinary revolution.
L'avantage d'un tel miroir conoidal est d'adapter au plus près la captation du rayonnement au déplacement de la tache-image, ce qui a pour conséquences de perturber au minimum le processus optique de déconcentration et d'aboutir à une pièce de dimensions et de poids moindres qu'avec un tronc de cone de révolution conservant une forme circulaire à la section d'entrée de flux. The advantage of such a conoidal mirror is to adapt closer to the capture of the radiation to the displacement of the image spot, which has the effect of disrupting the optical deconcentration process to a minimum and to lead to a piece of dimensions and weight less than with a truncated cone of revolution retaining a circular shape at the flow inlet section.
Un autre moyen, selon l'invention, de diminuer la précision demandée au pointage vers une source de rayonnement mobile consiste à surmonter la section d'entrée 4 du guide tronconique dèconcentrateur 3 d'un autre miroir collecteur 10 (voir figure 10) dont le rôle est de capter les rayons qui n'atteindraient pas ladite entrée du fait du dépointage, et de réfléchir ces rayons vers cette entrée. Another way, according to the invention, of decreasing the precision required when pointing towards a source of moving radiation is to overcome the inlet section 4 of the frustoconical conical guide 3 of another collecting mirror 10 (see FIG. role is to capture the rays that would not reach said entrance because of the misalignment, and reflect these rays to this entry.
Le plan. de la figure est le plan contenant le centre moyen de la pupille d'entrée 4 et la trajectoire apparente du centre du soleil au cours de telle journée considérée. The plan. of the figure is the plane containing the mean center of the entrance pupil 4 and the apparent trajectory of the center of the sun during such day considered.
En reprenant le type d'exemple déjà décrit plus haut, une lentille convergente concentre le rayonnement solaire et forme dans son plan focal une tache image PQ. En cas de dépointage dans le sens de la flèche 9, les rayons limites tels que 11, 12 qui convergeaient au point P convergent au point P'. Les rayons tels que 13, 14, 15, 16 convergeant en P' sont recueillis par une nappe convexe 10a du miroir 10 et concentrés par celle-ci au point Q. Taking again the type of example already described above, a convergent lens concentrates the solar radiation and forms in its focal plane a PQ image spot. In case of misalignment in the direction of the arrow 9, the limit radii such as 11, 12 converging at the point P converge at the point P '. Rays such as 13, 14, 15, 16 converging at P 'are collected by a convex layer 10a of the mirror 10 and concentrated by it at the point Q.
Les rayons tels que -17 et 18 passant entre P et P' rencontrent une nappe conique 10b qui les renvoie, via une troisième nappe 10c concave, dans la section d'entrée PQ du guide 3. Ainsi, tout se passe comme si la section d'entrée du guide s'étendait, dans la direction 9, sur la longueur P'Q et non sur la longueur PQ. Le profil précis des nappes 10a, lob, 10c est établi dans chaque cas en construisant géométriquement au voisinage de chacun de leurs points la direction de la tangente permettant la réflexion définie ci-dessus selon l'invention et en raccordant toutes ces tangentes.The radii such as -17 and 18 passing between P and P 'meet a conical web 10b which sends them, via a third concave web 10c, into the entry section PQ of the guide 3. Thus, everything happens as if the section The inlet of the guide extended, in the direction 9, the length P'Q and not the length PQ. The precise profile of the plies 10a, lob, 10c is established in each case by geometrically constructing in the vicinity of each of their points the direction of the tangent allowing the reflection defined above according to the invention and connecting all these tangents.
On peut aussi confier à un ordinateur le soin de définir les profils de ces nappes en le programmant conformément à l'esprit de l1invention. It is also possible for a computer to define the profiles of these sheets by programming them according to the spirit of the invention.
Dans le plan méridien perpendiculaire à celui de la figure, les profils se réduisent a des segments de droite, le dépointage étant supposé inexistant. La surface latérale du miroir collecteur 10 relie continûment les profils représentés et lesdits segments de droite. In the meridian plane perpendicular to that of the figure, the profiles are reduced to segments of line, the misalignment being supposed nonexistent. The side surface of the collector mirror 10 connects continuously the profiles shown and said right segments.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8310594A FR2549242B1 (en) | 1983-06-27 | 1983-06-27 | METHOD AND OPTICAL DEVICE FOR CONCENTRATING RADIANT ENERGY ON A RECEIVING ELEMENT, AND APPLICATION TO CAPTURING ENERGY SUCH AS SOLAR ENERGY |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8310594A FR2549242B1 (en) | 1983-06-27 | 1983-06-27 | METHOD AND OPTICAL DEVICE FOR CONCENTRATING RADIANT ENERGY ON A RECEIVING ELEMENT, AND APPLICATION TO CAPTURING ENERGY SUCH AS SOLAR ENERGY |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2549242A1 true FR2549242A1 (en) | 1985-01-18 |
FR2549242B1 FR2549242B1 (en) | 1986-09-26 |
Family
ID=9290206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8310594A Expired FR2549242B1 (en) | 1983-06-27 | 1983-06-27 | METHOD AND OPTICAL DEVICE FOR CONCENTRATING RADIANT ENERGY ON A RECEIVING ELEMENT, AND APPLICATION TO CAPTURING ENERGY SUCH AS SOLAR ENERGY |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2549242B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002095838A1 (en) * | 2001-05-23 | 2002-11-28 | Universite De Liege | Solar concentrator |
WO2008012779A2 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Brown, Keith Edwin Frank | Solar collectors |
US20140251413A1 (en) * | 2011-12-27 | 2014-09-11 | Teknia Manufacturing Group, S. L | Photovoltaic solar concentration module |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1224528B (en) * | 1962-09-13 | 1966-09-08 | Rollei Werke Franke Heidecke | Illumination optics for photoelectric cells or photoresistors |
FR2252583A1 (en) * | 1973-11-23 | 1975-06-20 | Ulmic Sa | Truncated cone light concentrator - has one or more curved surfaces of revolution for focussing light |
FR2262842A1 (en) * | 1974-03-01 | 1975-09-26 | Jenaer Glaswerk Schott & Gen | |
US3984178A (en) * | 1975-03-17 | 1976-10-05 | Aktiebolaget Bofars | Discontinuous wide-angle optic |
DE2531671A1 (en) * | 1975-07-16 | 1977-01-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Soft X-ray beam concentrating telescope - has two confocal paraboloids to concentrate collimated beam for spectroscopy |
US4297000A (en) * | 1979-01-11 | 1981-10-27 | Fries James E | Solar lighting system |
-
1983
- 1983-06-27 FR FR8310594A patent/FR2549242B1/en not_active Expired
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1224528B (en) * | 1962-09-13 | 1966-09-08 | Rollei Werke Franke Heidecke | Illumination optics for photoelectric cells or photoresistors |
FR2252583A1 (en) * | 1973-11-23 | 1975-06-20 | Ulmic Sa | Truncated cone light concentrator - has one or more curved surfaces of revolution for focussing light |
FR2262842A1 (en) * | 1974-03-01 | 1975-09-26 | Jenaer Glaswerk Schott & Gen | |
US3984178A (en) * | 1975-03-17 | 1976-10-05 | Aktiebolaget Bofars | Discontinuous wide-angle optic |
DE2531671A1 (en) * | 1975-07-16 | 1977-01-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Soft X-ray beam concentrating telescope - has two confocal paraboloids to concentrate collimated beam for spectroscopy |
US4297000A (en) * | 1979-01-11 | 1981-10-27 | Fries James E | Solar lighting system |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002095838A1 (en) * | 2001-05-23 | 2002-11-28 | Universite De Liege | Solar concentrator |
US6903261B2 (en) | 2001-05-23 | 2005-06-07 | Universite De Liege | Solar concentrator |
WO2008012779A2 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Brown, Keith Edwin Frank | Solar collectors |
WO2008012779A3 (en) * | 2006-07-28 | 2008-06-26 | Brown Keith Edwin Frank | Solar collectors |
US20140251413A1 (en) * | 2011-12-27 | 2014-09-11 | Teknia Manufacturing Group, S. L | Photovoltaic solar concentration module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2549242B1 (en) | 1986-09-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2132786B1 (en) | Flat light concentrator of small thickness | |
EP1982226B1 (en) | Optical system for displaying an image on the surface of a solar panel | |
CA1111690A (en) | Coupling device for optic fibers | |
FR2566925A1 (en) | NON-IMAGEUR MULTIDIRECTIONAL RADIATION CONCENTRATING DEVICE | |
EP0408445B1 (en) | Optical device for image magnification | |
FR3053657B1 (en) | DIRECTIONAL BALLOON EQUIPPED WITH A LOCAL CONCENTRATION COMPACT SOLAR GENERATOR USING BIFACIAL SOLAR CELL LINES | |
EP1240496A1 (en) | Device for measuring, by diffraction, the size of substantially spherical particles, in particular opaque drops | |
EP0838628B1 (en) | Motor vehicle headlamp comprising a light conducting element | |
CA2161303A1 (en) | Optoelectronic sensor for measuring the intensity and determining the direction of incidence of a light beam | |
FR2517078A1 (en) | OPTICAL SCANNING SYSTEM | |
WO2015162343A1 (en) | Display device with integrated photovoltaic cells with improved brightness and reflectivity | |
FR2549242A1 (en) | Method and optical device for concentrating radiant energy onto a receiver element, and application to the capture of energy, such as solar energy. | |
EP3271948B1 (en) | Bifacial photovoltaic system equipped with optical fibres for illumination of the rear face of photovoltaic cells | |
CH633097A5 (en) | Solar energy collector | |
WO2015040288A1 (en) | Retro-reflective device improving the viewing of an image placed in front of a solar collector | |
CA2734089A1 (en) | Lighting system for contrasting engraved codes | |
EP4222547B1 (en) | Method for designing a correctable expanded compound parabolic concentrator (ecpc) for collecting light in the near field | |
FR2890181A1 (en) | Solar energy condensing optical system e.g. converging lens, for producing electricity, has converging lens positioned so that longitudinal, transversal and lateral axes are oriented horizontally, south and towards polar star, respectively | |
FR2473689A1 (en) | CONCENTRATED SOLAR SENSORS COMPRISING A FIXED CYLINDRICAL REFLECTOR | |
EP2927577B1 (en) | Lighting optic for biometric measurement device | |
WO1981002624A1 (en) | Catoptric concentrator collector of radiation beams of small divergence,particularly solar radiation or beams obtained by means of lasers | |
Vaidya et al. | Immersion graded index optics for passive solar concentrators | |
FR2935811A1 (en) | GUARD ASSEMBLY FOR TELESCOPE OBSERVATION | |
EP0950909B1 (en) | Light collecting optical system forming a multiple focus lens | |
JP2013088690A (en) | Light collecting device and photovoltaic device using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |