[發明專利]用于聚集太陽能的改進裝置

無效

• 申請號: 201380049124.2
• 申請日: 2013-09-21
• 公開（公告）號: CN104769731A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 伊安·亨利·肖
• 申請（專利權）人: 索拉索有限公司
• 主分類號: H01L31/054
• 分類號: H01L31/054;G02B6/42;G02B5/08
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所 44275
• 代理人: 張明

技術領域

本發明涉及用于采集太陽能的裝置以及太陽能電力系統。

背景技術

任何關于現有技術的方法、裝置或文件的參考不作為構成它們所形成的任何證據或許可，并且不形成公知常識的一部分。

將太陽能轉化為電能的最常見的方法需要將標準光伏模組安裝在屋頂上或地面安裝結構上。平均而言，該方法以大大低于20％的效率將太陽光轉化為電能。

多結光伏電池比這些標準光伏電池高效約150％，但是需在太陽光經由透鏡、棱鏡或鏡子聚集時，并且當通過使用高精度雙軸跟蹤設備將陣列非常精確地轉向并面對太陽時，它們才能發揮最佳效能。

相對于固定的標準模組，使用這種跟蹤器可額外增加約30-40％的更多電能，因此在將跟蹤器和多結電池組合使用的情況下以期獲得高于3倍的更多能量將是合理的。但是在實踐中，由于大多數聚光器要求很高水平的跟蹤精度，而該跟蹤精度是難以實現的，因此這些收益很難實現。要求的接受角通常大大低于+-1.5度，甚至略微超出這個小范圍的不精確跟蹤會導致電輸出幾乎停滯。在聚光器部件的制造過程中的質量控制也被證明是困難的。

現有技術中已經有大量聚光器，其中在垂直或水平反射離開臺階狀的反射面之后，聚集光與平面光導相耦合。一種設計包括水平和垂直的臺階狀反射面。這些器件通常以注入元件的深度或寬度進行臺階的邁步或跨步，借此，光導在深度(臺階均在垂直平面中)上或在寬度(臺階均在水平平面中)上迅速增加。這些布置會約束陣列的潛在長度，因此也會約束光捕獲的面積和潛在聚光率。

在水平的臺階狀光導(如圖1A和1B中所描述的)的情況下，在一個光導中的主聚光器元件影響相鄰光導的聚光器元件的空間之前，僅有有限數量的臺階，每個臺階由一個注入元件的寬度定義。在垂直的臺階狀光導(如圖1C中所描述的)的情況下，就所要求的光學材料的體積而言，增加的深度變得很厚，難以處理，并且操作價格昂貴。

還有具有斜面的或錐形的耦合元件的裝置。這些裝置中的一些具有設在靠近較厚的光導底部的錐形元件，表示接受角和/或聚光率不高。其他裝置在相同的光流中使用一系列錐形耦合元件，不可避免地，下游耦合器與來自上游耦合器的光線相干涉并且導致光從光導中解耦。由于光從系統中解耦并退出，故這些設計會導致顯著的光損耗。

如果能夠提供解決以上所述現有技術的問題并且能夠將太陽光直接聚集在多結電池上的裝置，則非常有利。在至少優選的實施例中，這種裝置對跟蹤不精確性的容忍度很高，這將是非常值得期待的。如果該裝置的實施例具有較好的散熱以及光線在整個電池表面上具有均勻的散射特性，并且該裝置還適合制造成大模組，則這也將是有利的。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種太陽能聚光器，其包括透明的光學材料，所述光學材料包括：

第一光耦合部分，所述第一光耦合部分具有錐形外端和內端，以使第一光耦合部分從外端向內端會聚；

第一小面，所述第一小面形成在外端處，并且布置用于將光沿第一光耦合部分進行反射；

第一主聚光器元件，所述第一主聚光器元件布置用于將光聚焦至第一小面上；

第二光耦合部分，所述第二光耦合部分具有錐形外端和內端，以使第二光耦合部分從所述外端向所述內端會聚；

第二小面，所述第二小面形成在第二光耦合部分的外端處，并且布置用于將光沿所述部分進行反射，第二小面與第一小面垂直重疊；

第二主聚光器元件，所述第二主聚光器元件布置用于將光聚焦至第二小面上；

公共光導部分，所述公共光導部分與第一光耦合部分和第二光耦合部分的所述內端進行光學通信，并且布置用于將所述輻射經由所述公共光導部分進行傳輸；

其中，公共光導部分的最大垂直厚度小于第一小面和第二小面的高度之和。

第一光耦合部分和第二光耦合部分的上表面和公共光導部分存在平面表面。

在本發明的一個實施例中，第一光耦合部分和第二光耦合部分的下表面和公共光導部分存在平面表面。

可選地，至少一個錐形光耦合部分可以具有從接近第一小面的上邊緣向下傾斜至第二小面的下邊緣的頂面。

優選地，小面的反射表面是平面的，盡管它們可以是凹面的。

可以在第一光耦合部分和第二光耦合部分之間設置低反射指數層，其中該層相對于所述耦合部分中的每個材料有足夠低的反射指數以支持來自耦合部分的小面的光在所述耦合部分內的全內反射。

該層可以包括(例如)氣隙。

優選地，第一光耦合部分和第二光耦合部分通過低反射指數層而垂直隔開。