[發明專利]一種太陽光收集光學裝置和系統及系統的光收集方法

在審

• 申請號: 201910167037.6
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109842367A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 許濤;許洪;許志強
• 申請（專利權）人: 許濤;許洪;許志強
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于太陽能收集技術領域，具體涉及一種太陽光收集光學裝置和系統及系統的光收集方法。所述太陽光收集光學裝置包括主反射鏡和二次光學元件；所述主反射鏡和二次光學元件均為旋轉對稱體，具有共同的旋轉對稱軸；所述二次光學元件置于所述主反射鏡的光線聚焦區，相對于主反射鏡的空間位置固定；二次光學元件的頂端口徑和主反射鏡的上端口徑的比值小于0.15。該比值有助于設計出高聚光比的光學結構，小型的二次光學元件，并且可以減小二次光學元件對光線的遮擋。

技術領域

本發明屬于太陽能收集技術領域，具體涉及一種太陽光收集光學裝置和系統及系統的光收集方法。

背景技術

高倍聚光光伏技術是利用大面積聚光鏡將光能聚集在面積很小的太陽能電池片上，通常是多結Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體太陽能電池。已知的聚光光伏系統主要有以下幾種技術：

(1)利用菲涅爾透鏡將太陽光折射會聚在下方的二次光學元件上，二次光學元件起到導光、勻光、提高角度容差的作用，經二次光學元件后到達下方的太陽能電池片上被接收，這種方式由于菲涅爾透鏡多由塑料制成，隨光照時間增加存在黃化和脆化現象。

(2)利用拋物面反射鏡將太陽光反射會聚在上方的二次光學元件和太陽能電池片上，這種方式的接收部件位于系統正上方，既對光能有阻擋又不容易固定封裝。

(3)利用二次反射光學結構將會聚光轉向至下方接收，如利用卡塞格林反射結構進行聚光，太陽光先由主反射鏡反射會聚至次反射鏡，再由次反射鏡反射轉向會聚在下方的二次光學元件和太陽能電池片上，這種方式的接收部件位于系統正下方，便于固定和散熱，但是系統會增加一個次反射鏡，次反射鏡往往粘接在玻璃擋板上，或由支架支撐，存在定位和固定問題。

(4)利用偏心反射鏡將太陽光反射到側上方，接收部件布置在系統側壁上方，這種方式存在反射鏡的固定和系統模組封裝等問題。

相對于利用菲涅爾透鏡的透射式聚光光伏技術，本領域技術人員提出了反射式聚光光伏技術，反射式聚光光伏系統利用反射鏡聚光，反射鏡可以用玻璃或金屬制成，避免了使用塑料造成的黃化、脆化問題，可以有效提高系統使用壽命。在卡塞格林反射結構的聚光光伏技術(3)中，利用二次反射結構可以將光能轉向會聚到下方的接收部件，有利于封裝和散熱，但是目前這種結構基本上都是利用獨立的次反射鏡反射轉向光能，獨立的二次光學元件導光至電池片，次反射鏡位于二次光學元件上方，需要依附額外的部件來固定。

現有技術中，固定次反射鏡的方法有：1)次反射鏡粘接在玻璃蓋板下方或由支架從周邊進行支撐，二次光學元件和電池片構成的接收部件位于次反射鏡下方；2)次反射鏡固定在中央金屬支架的頂端，反射的光能由支架底部四周布置的電池片接收。在方法1)中，存在次反射鏡定位和固定問題，并且次反射鏡的尺寸往往較大。在方法2)中，采用中央金屬支架支撐次反射鏡，不能實現常規的電池片居中的接收方式，高倍聚光系統中使用的太陽能電池片尺寸一般比較小，常見的有5mm×5mm或10mm×10mm尺寸，當中央金屬支架占據了中間可放置電池片的空間，導致需要在四周布置更大面積的接收電池，不利于高倍聚光。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種太陽光收集光學裝置和系統及系統的光收集方法。所述太陽光收集光學裝置中的二次光學元件同時具有反射轉向和向下導光的功能，其頂端口徑和主反射鏡的上端口徑比值小于0.15，利用這種小型的二次光學元件有助于設計出結構簡單的高聚光比的光學結構。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種太陽光收集光學裝置，所述太陽光收集光學裝置包括主反射鏡和二次光學元件；

所述主反射鏡和二次光學元件均為旋轉對稱體，具有共同的旋轉對稱軸；

所述二次光學元件置于所述主反射鏡的光線聚焦區，相對于所述主反射鏡的中間位置固定；

所述二次光學元件的頂端口徑和主反射鏡的上端口徑的比值小于0.15。