[发明专利]用于聚集太阳能的改进装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于采集太阳能的装置以及太阳能电力系统。

背景技术

任何关于现有技术的方法、装置或文件的参考不作为构成它们所形成的任何证据或许可，并且不形成公知常识的一部分。

将太阳能转化为电能的最常见的方法需要将标准光伏模组安装在屋顶上或地面安装结构上。平均而言，该方法以大大低于20％的效率将太阳光转化为电能。

多结光伏电池比这些标准光伏电池高效约150％，但是需在太阳光经由透镜、棱镜或镜子聚集时，并且当通过使用高精度双轴跟踪设备将阵列非常精确地转向并面对太阳时，它们才能发挥最佳效能。

相对于固定的标准模组，使用这种跟踪器可额外增加约30-40％的更多电能，因此在将跟踪器和多结电池组合使用的情况下以期获得高于3倍的更多能量将是合理的。但是在实践中，由于大多数聚光器要求很高水平的跟踪精度，而该跟踪精度是难以实现的，因此这些收益很难实现。要求的接受角通常大大低于+-1.5度，甚至略微超出这个小范围的不精确跟踪会导致电输出几乎停滞。在聚光器部件的制造过程中的质量控制也被证明是困难的。

现有技术中已经有大量聚光器，其中在垂直或水平反射离开台阶状的反射面之后，聚集光与平面光导相耦合。一种设计包括水平和垂直的台阶状反射面。这些器件通常以注入元件的深度或宽度进行台阶的迈步或跨步，借此，光导在深度(台阶均在垂直平面中)上或在宽度(台阶均在水平平面中)上迅速增加。这些布置会约束阵列的潜在长度，因此也会约束光捕获的面积和潜在聚光率。

在水平的台阶状光导(如图1A和1B中所描述的)的情况下，在一个光导中的主聚光器元件影响相邻光导的聚光器元件的空间之前，仅有有限数量的台阶，每个台阶由一个注入元件的宽度定义。在垂直的台阶状光导(如图1C中所描述的)的情况下，就所要求的光学材料的体积而言，增加的深度变得很厚，难以处理，并且操作价格昂贵。

还有具有斜面的或锥形的耦合元件的装置。这些装置中的一些具有设在靠近较厚的光导底部的锥形元件，表示接受角和/或聚光率不高。其他装置在相同的光流中使用一系列锥形耦合元件，不可避免地，下游耦合器与来自上游耦合器的光线相干涉并且导致光从光导中解耦。由于光从系统中解耦并退出，故这些设计会导致显著的光损耗。

如果能够提供解决以上所述现有技术的问题并且能够将太阳光直接聚集在多结电池上的装置，则非常有利。在至少优选的实施例中，这种装置对跟踪不精确性的容忍度很高，这将是非常值得期待的。如果该装置的实施例具有较好的散热以及光线在整个电池表面上具有均匀的散射特性，并且该装置还适合制造成大模组，则这也将是有利的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种太阳能聚光器，其包括透明的光学材料，所述光学材料包括：

第一光耦合部分，所述第一光耦合部分具有锥形外端和内端，以使第一光耦合部分从外端向内端会聚；

第一小面，所述第一小面形成在外端处，并且布置用于将光沿第一光耦合部分进行反射；

第一主聚光器元件，所述第一主聚光器元件布置用于将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锥形外端和内端，以使第二光耦合部分从所述外端向所述内端会聚；

第二小面，所述第二小面形成在第二光耦合部分的外端处，并且布置用于将光沿所述部分进行反射，第二小面与第一小面垂直重叠；

第二主聚光器元件，所述第二主聚光器元件布置用于将光聚焦至第二小面上；

公共光导部分，所述公共光导部分与第一光耦合部分和第二光耦合部分的所述内端进行光学通信，并且布置用于将所述辐射经由所述公共光导部分进行传输；

其中，公共光导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导部分存在平面表面。

在本发明的一个实施例中，第一光耦合部分和第二光耦合部分的下表面和公共光导部分存在平面表面。

可选地，至少一个锥形光耦合部分可以具有从接近第一小面的上边缘向下倾斜至第二小面的下边缘的顶面。

优选地，小面的反射表面是平面的，尽管它们可以是凹面的。

可以在第一光耦合部分和第二光耦合部分之间设置低反射指数层，其中该层相对于所述耦合部分中的每个材料有足够低的反射指数以支持来自耦合部分的小面的光在所述耦合部分内的全内反射。

该层可以包括(例如)气隙。

优选地，第一光耦合部分和第二光耦合部分通过低反射指数层而垂直隔开。