一种会聚光伏系统包括：光伏电池(5)；初级光会聚光学器件(1、7)；以及次级光混合聚光器(4)。所述初级光会聚光学器件(1、7)被设置为收集太阳辐射并将所收集的太阳辐射会聚到所述次级光混合聚光器(4)。所述次级光混合聚光器(4)被设置为将来自所述初级光会聚光学器件(1、7)的会聚太阳辐射会聚到所述光伏电池(5)。所述次级光混合聚光器(4)包括具有第一和第二主表面的介质元件，且所述第二主表面与所述光伏电池(5)光学接触，以及所述第一主表面面向所述初级光会聚光学器件(1、7)。所述第一主表面具有非平坦表面结构(6)，所述非平坦表面结构(6)被配置为将在所述次级光混合聚光器(4)和所述光伏电池(5)之间的过渡面处反射的光重定向至所述光伏电池(5)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光伏系统，其用于将太阳辐射收集并会聚到用于发电的光伏电池上。更具体地，本专利技术涉及一种具有用于将太阳辐射会聚定向到次级结构的光学元件的初级光学元件的光伏系统，该次级结构的光学元件将收集到的辐射集中到光伏电池上。
技术介绍
会聚光伏系统是在相对大的面积上收集太阳光并将该光收集到具有小得多的表面面积的光伏电池上的光学系统，该光伏电池通常由半导体材料构成，如硅、砷化镓或碲化镉。然后由光伏电池以特定效率将集中的太阳光转换为电能。该方案是非常有利的，因为其允许通过减少构成了会聚光伏系统的成本中最大一部分的所需半导体材料，来降低通过光伏能量转换所产生的电力的价格。除了表示对系统的半导体材料的节约的会聚比之外，为了实现系统的最大能量转换效率，会聚光学器件的光学效率也是重要的。 当前有很多不同的光学会聚系统在市场上竞争，但是大多数系统将菲涅耳(Fresnel)透镜和次级聚光器(concentrator)/均质器(homogeniser) —起使用，以将收集到的太阳光会聚到光伏电池上。尽管从二十世纪八十年代以来就开发并改进了这些系统，然而由于初始的低需求、光伏电池技术的匮乏以及太阳能跟踪系统所增加的成本，直到最近会聚光伏系统才变成商业可行的选项。为此，对可用光的高效管理是极为重要的。当前的会聚光伏系统在这方面是缺乏的，具体地，缺乏对从系统出射的反射光进行管理的机制。本专利技术处理了该问题。
技术实现思路
如上所述，会聚光伏系统的最常使用的会聚光学器件由初级菲涅耳透镜聚光器构成，其具有用于对直接太阳光进行收集和聚焦的小角度接受。该会聚透镜具有以下优势提供对光的高质量光学聚焦和非常薄的外形，且容易被制造为不同的形状，如圆柱形或圆形。然而，由于菲涅耳透镜仅具有一个光学光滑的主表面和二级(second faceted)光学表面，因此难以对两个表面都涂覆防反射涂层，这降低了光管理的效率。一般使用的次级聚光器在圆形的情况下具有平截头体(frustum)的形状以及在圆柱的情况下具有截短的三棱镜的形状。还使用更复杂的形式，如复合抛物面聚光器。将该次级聚光器布置为将2个主要平行面中的较小一个面置于光伏电池上，且2个主要平行面中的较大一个面朝向菲涅耳透镜(cell)开放。菲涅耳透镜将收集到的太阳辐射定向到次级聚光器，次级聚光器被设计为例如将光混合并导向光伏电池，并提供对光伏电池的高效和均匀的照明。尽管通常使用折射率在次级聚光器的介质材料的折射率和光伏电池的半导体材料的折射率之间的折射率匹配胶，将该次级聚光器粘到光伏电池上，但是在这些过渡面处会发生反射损耗。本专利技术涉及一种在会聚光伏系统中的光学组件以及对来自在次级聚光器和光伏电池之间的过渡面的反射出系统的光的管理，以及涉及一种包括这种光学组件在内的会聚光伏系统。具体地，本专利技术涉及一种次级光混合聚光器，优选地，2个平行主表面中面向初级会聚菲涅耳透镜的较大一个表面具有非平坦表面结构(优选地波纹表面结构)。非平坦表面结构(优选地波纹表面结构)被设计为其将在次级光混合聚光器和光伏电池之间的过渡面处的光反射回光伏电池，否则该光将由于被反射而从系统中损耗。这允许改进会聚光伏系统的光学效率。此外，波纹表面结构允许改进来自菲涅耳透镜的边界的光的管理，且因此其还可以改进会聚比。此外，波纹表面结构提供了额外的光混合，该额外的光混合改进了光伏电池的均匀照明，且因此提高了光伏电池的可靠性和耐久性。作为另一优势，可以扩展波纹表面结构的光管理能力，以改进对太阳辐射的散射部分的使用，而这一般是会聚光伏系统的短处。对太阳辐射的散射部分的高效使用将允许会聚光伏系统更快和更广泛的向市场推广，因为其使得在世界上更多区域中的商业使用成为可能，在这些区域中，大部分太阳辐射是由散射光构成的。 根据本专利技术的方面，一种会聚光伏系统包括光伏电池、初级光会聚光学器件；以及次级光混合聚光器。所述初级光会聚光学器件被设置为收集太阳辐射并将所收集的太阳辐射会聚到所述次级光混合聚光器。所述次级光混合聚光器被设置为将来自所述初级光会聚光学器件的会聚太阳辐射会聚到所述光伏电池。所述次级光混合聚光器包括具有第一和第二主表面的介质元件，其中，所述第二主表面与所述光伏电池光学接触，以及所述第一主表面面向所述初级光会聚光学器件。所述第一主表面具有非平坦表面结构，所述非平坦表面结构被配置为将在所述次级光混合聚光器和所述光伏电池之间的过渡面处反射的光重定向至所述光伏电池。根据另一方面，所述非平坦表面结构是波纹表面结构。根据另一方面，所述波纹表面结构包括彼此相同的棱镜表面结构。根据另一方面，所述波纹表面结构包括棱镜表面结构，所述棱镜表面结构具有在所述第一主表面上变化的大小。在另一方面中，所述波纹表面结构包括棱镜表面结构，且相邻棱镜表面结构之间的距离在所述第一主表面上改变。根据另一方面，所述波纹表面结构包括棱镜表面结构，所述棱镜表面结构具有在所述第一主表面上改变的顶角。根据另一方面，所述波纹表面结构包括非对称的棱镜表面结构。根据另一方面,所述波纹表面结构包括非棱镜(non-prismatic)表面结构。在另一方面中，所述非棱镜表面结构包括圆形顶点。在另一方面的情况下,所述圆形顶点的圆度在所述第一主表面上改变。在另一方面中，所述介质元件包括介质板，在所述介质板上，所述波纹表面结构被层压到平坦介质厚片上。根据另一方面，所述次级光混合聚光器具有以下各种形状之一矩形、正多边形、椭圆或圆形。根据另一方面，相比较而言，所述第一主表面是较大的主表面，且所述第二主表面是较小的主表面。在另一方面中，所述介质元件的至少一个侧壁不同于线性形状。根据另一方面，所述至少一个侧壁包括凹面形状或凸面形状。根据另一方面，所述系统还包括由一组侧壁和底板形成的容器，所述光伏电池和次级光混合聚光器位于所述容器中，该组侧壁是平行的、锥形的、凹的或凸的。在另一方面中，所述系统还包括由一组侧壁和底板形成的容器，所述光伏电池和次级光混合聚光器位于所述容器中，、；所述底板上的用于将散射太阳辐射更高效地定向到所述光伏电池的成形镜结构。根据另一方面，所述初级光会聚光学器件包括菲涅耳透镜。根据另一方面，提供一种包括多个会聚光伏系统在内的太阳能电池板。为了实现前述和相关目标，则本专利技术包括在下文中完全描述且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细地阐述了本专利技术的特定说明性实施例。然而，这些实施 例仅指示了可以使用本专利技术的原理的各种方式中的一些方式。当结合附图考虑时，根据本专利技术的以下详细描述，本专利技术的其它目标、优点和新颖特征将变得显而易见。附图说明在附图中，相似的应用指示相似的部分或特征图I示出了构成现有技术的用于光伏发电的会聚光伏系统的示例。图2a是用于光伏发电的高效会聚光伏系统的本专利技术的基本实施例的示意图；图2b是在其主表面上具有棱镜表面结构的次级光混合聚光器的详细部分示意图。图2c是根据图2a_2c的实施例的用于光伏发电的高效会聚光伏系统的本专利技术的部分透视图。图3是更一般地具有初级光会聚光学器件的本专利技术的备选实施例的示意图。图4a_4c是根据本专利技术的次级光混合聚光器的不同实施例。图5a_5b是根据本专利技术的次级光混合聚光器的不同横截面形状。图6a_6c是根据本专利技术的会聚光伏系统的侧壁和底板的横截面形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种会聚光伏系统，包括：光伏电池；初级光会聚光学器件；以及次级光混合聚光器，其中，所述初级光会聚光学器件被设置为收集太阳辐射并将所收集的太阳辐射会聚到所述次级光混合聚光器，所述次级光混合聚光器被设置为将来自所述初级光会聚光学器件的会聚太阳辐射会聚到所述光伏电池，所述次级光混合聚光器包括具有第一和第二主表面的介质元件，且所述第二主表面与所述光伏电池光学接触，以及所述第一主表面面向所述初级光会聚光学器件，以及所述第一主表面具有非平坦表面结构，所述非平坦表面结构被配置为将在所述次级光混合聚光器和所述光伏电池之间的过渡面处反射的光重定向至所述光伏电池。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·罗尔木斯特，萨拉·安妮·米歇尔，戴维·詹姆斯·蒙哥马利，詹姆斯·罗兰·萨克林，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：
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