レンズによる集熱

事例概要

太陽エネルギー利用分野では、より多くの太陽光を得るため高効率、低コストの集熱器が求められています。
本解析では、Femap Thermalの輻射、透過、屈折、日照など機能を使って、下記3タイプのレンズの集光範囲や集熱分布などを計算しました。
1)球面凸レンズと受光板間距離の変動による温度分布の変化
2)非結像フレネルレンズによる集熱
3)半球型レンズ各季節における集熱の様子

モデル概要図

赤外線が球面凸レンズ透過時に屈折し、ターゲット板に放射されます。
下図にレンズと受光板間距離の変動による温度分布コンター及びグラフを示します。
距離dがレンズ焦点距離fと一致した時、最も高い温度となりました。

凸レンズの表面を細分化して平面に配置したレンズがフレネルレンズです。構造は薄く、様々な形状の集熱レンズを作成することができます。

日照解析の機能を用いると地上太陽光の解析が実行でき、地点や計算時刻などを指定し、大気効果も考慮できます。下図に各時刻での半球型レンズを通して集熱板に注入される太陽エネルギー量及び温度分布を示します。