发光太阳能集中器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种发光太阳能集中器系统（400）和用于收集且集中外部光（特别是太阳光）（λ1，λ2）的方法。外部光由发光转换器元件（410）来收集，其具有厚度D以及在对于太阳光的吸收系数ax和对于发光的光的再吸收系数ac之间的比例R=ax/ac。由于由所述转换器元件（410）所包括的发光材料，至少一部分外部光被转换成发光的光。而且，在转换器元件（410）内部传播的光从其彼此间具有距离W≤0.1·R·D的光提取位置（EX）处被提取。光提取元件可以例如包括倾斜的镜面反射表面（414）和/或与转换器元件接触的光学部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光太阳能集中器(Luminescent Solar Concentrator)系统，其包括具有发光材料的转换器元件，用于在光谱上转换入射光，特别是太阳光。而且，其涉及在发光转换器元件的帮助下收集和集中外部光(特别是阳光)的方法。
技术介绍
WO 2009/067479 A2公开了一种具有模块化设计的发光太阳能集中器(以下简称“LSC”XLSC包括具有特定曲线、凸形的波导瓦片，其包括发光材料，例如，荧光染料，用于吸收入射的太阳光以及将其以较长的波长来再发射。布置在瓦片周围处的光电池将它们从波导接收的光转换成电能。波导瓦片具有在50mm和250mm之间，优选地在130mm和160mm之间的边长，同时，它们的厚度优选地大约为3mm
技术实现思路
·基于该背景，本专利技术的目的是提供一种装置，用于高效且成本效益好地收集光能，特别地用于将太阳光转换成电能。该目的由根据权利要求I的发光太阳能集中器(LSC)系统和根据权利要求2的方法来实现。从属权利要求中公开了优选的实施例。根据本专利技术的发光太阳能集中器系统(或者简称LSC系统)被预期用于收集外部光，特别是太阳光。在许多情形中，所收集的光将被转换成电能，虽然也可以是所收集的光的其它应用。LSC系统包括以下主要元件 a)光导元件，其包括用于将入射的外部光转换成较长波长光的发光材料。该光导元件以下将被称为“发光转换器元件”或者简化为“转换器元件”。转换器元件将进一步具有限定转换器元件的厚度D的相对表面。这些表面中的一个将在以下被称为“外表面”，因为其将是外部光可以通过其进入转换器元件的表面。其它的表面将因此被称为“内表面”。在许多应用中，外表面和内表面将基本上彼此平行。如果它们不平行，厚度D将被限定为这两个平面之间的平均距离。而且，转换器元件的材料具有对于入射太阳光的吸收系数ax，以及对于由其发光材料所发射的转换光(“发光的光”)的(再)吸收系数a。。吸收和再吸收系数之间的比R=ax/a。于是是表征转换器元件的参数，其中，对于转换效率，R的高值(例如，^ 10000)是理想的。b)多个光提取元件，用于提取来自前述发光转换器元件、通过其内表面的光，其中，所述光提取元件位于提取位置处，所述提取位置彼此间具有平均距离W，所述平均距离W小于或者等于发光转换器元件的厚度的大约(R/10. O)倍，S卩，W < O. I · RD。从发光转换器元件所提取的光将通常包括源自对外部光转换的发光的光以及直射的外部光。要指出的是，在本专利技术的上下文中，“吸收系数”如通常限定为常数，其表征光强度I (Z)在通过所考虑的材料行进距离z后根据公式I(Z)=Ic^exp(IZ)的指数减少。通过在所考虑的光(即，在ax情况下为(标准)太阳光并且在a。情况下为产生的发光的光)的完整光谱上的积分，系数的可能的波长依赖在该公式中被除去。在转换器元件的情况下，再吸收系数a。也可以考虑散射损失。所描述的发光太阳能集中器系统获得了高效率，因为光在多个提取位置处从发光转换器元件被提取，鉴于其吸收/再吸收特征，所述位置相对于转换器元件的厚度彼此间隔不太远。通过该几何形状的设计限制，由于光子的散射和再吸收，可以限制在转换器元件内部的损失。本专利技术还涉及一种用于收集和集中外部光，特别是太阳光的方法，所述方法包括以下步骤 a)通过发光转换器兀件收集外部光,所述发光转换器兀件具有在外表面和相对的内表面之间的厚度D以及在对于太阳光的吸收系数ax和对于发光的光的再吸收系数a。之间的比例R。·b)在提取位置处提取来自前述发光转换器元件、通过其内表面的光，所述提取位置彼此间具有平均距离W < O. I · RD。该方法以通常的形式包括可以利用以上所限定的LSC系统来执行的步骤。因此，请参阅关于本方法详细内容和优点的更多信息的以上描述。以下，不同的优选实施例将被描述，其涉及以上所限定的LSC系统和方法。在第一特定实施例中，在光提取位置之间的距离W的值进一步地限定为范围W ^ 0.05 · RD，优选地，为在大约O. 02 · RD和O. 05 · RD之间的范围。发光转换器元件的厚度D可以优选地在IOmm和O. Imm之间的范围，最优选地在3_和O. Imm之间的范围。这些值是有利的，因为它们允许构成低重量的LSC系统。小的值变得是可能的，而不损失收集效率，因为光在多个提取位置处从薄的发光转换器元件被提取，所述的提取位置彼此间隔距离不远于O. I · RD。光如何在提取位置处从发光转换器元件提取存在若干种方法。根据第一实现方式，至少一个光提取元件包括为镜面反射(即，反射)的发光转换器元件的表面。当光在转换器元件内部传播而撞击镜面反射表面时，它将偏离其正常路径，并且因此呈现允许其离开转换器元件的状态(入射角)。前述的镜面反射表面可以优选地相对于发光转换器元件的内表面倾斜，特别地以锐角倾斜。由镜面反射表面所反射的光将因此在大多数情况下以允许通过所述表面的通道而没有全内反射的某一角度到达内表面。在镜面反射表面的优选实施例中，该表面的反射率是波长选择性的。在转换器元件中所生成的发光的光的反射率可以特别地高于未转换的(外部的)光的反射率。以此方法，首先被转换的光从发光转换器元件中被提取，而未转换的光仍然在部件中，这增加了其后来被转换的机会。根据另一个实现方式，至少一个光提取元件可以包括透明的光学部件，其在提取位置处接触发光转换器元件的内表面。在该实施例中，转换器元件和所述透明的光学部件的反射指数优选地彼此匹配，以使得来自转换器元件内部撞击内表面的光可以容易地进入透明的光学部件，而不需要明显的反射或者折射。一旦在透明的光学部件内部，所提取的光可以在像反射、折射或者衍射等的已知原理的帮助下被导向一些理想终点。正如已经提及的，LSC系统的重要应用将是将外部(太阳)光到电能的转换。为此，LSC系统可以优选地包括至少一个太阳能电池，即，光电部件，其可以将(可见的，UV和/或IR)光转换成电能。为此目的的合适太阳能电池对本领域普通技术人员是已知的(参见，WO2009/067479 A2)。所提及的太阳能电池在本专利技术的特定实施例中可以位于提取位置处。从发光转换器元件内部照射到内表面上的光可以然后可以直接通过该表面进入太阳能电池，在所述太阳能电池中，其可以被转换成电能。根据另一个实施例，LSC系统包括作为附加元件的光学系统，用于将从发光转换器元件所提取的光导向以上所提及的太阳能电池。为此，光学系统将通常被布置在发光转换器元件和太阳能电池之间的空间中。光学系统允许更加独立于转换器元件的内表面的提取位置来布置太阳能电池。光学系统可以特别地实现一些集中功能，其在提取位置的第一区域中收集光并且在太阳能电池的第二、较小区域处传递该光。这允许进一步减小(昂贵的)太阳能电池区域的尺寸并且因而减小LSC系统的整个成本。将单个(或者很少)太阳能电池用于转换来自从多个提取位置所提取的光变的特别可能。 前述光学系统可以可选地包括至少一个准直器，用于将在提取位置处所提取的光改变方向以使得其基本上与给定理想方向对齐。准直器可以例如是通过折射改变光方向的透明体，或者其可以包括用于重定向的反射表面。光学系统可以进一步包括至少一个透镜，用于将所提取的光聚焦到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ科内里森，ST德滋瓦特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：