專(zhuān)利名稱(chēng)：用于聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光棱鏡，適用于聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的分光器件。
背景技術(shù)：
自然界的太陽(yáng)光是最環(huán)保、最清潔、最舒適的自然能源，取之不盡，用之不竭。研究 發(fā)現(xiàn)采用聚光技術(shù)可以大大縮小太陽(yáng)能電池的面積，從而降低成本。由于太陽(yáng)光的廣譜特 性，而單結(jié)太陽(yáng)能電池對(duì)特定窄譜的光有較高的吸收效率，使得光能利用率不夠高。因此有 多結(jié)串聯(lián)太陽(yáng)能電池的提出，各個(gè)結(jié)對(duì)應(yīng)不同的波段有各自的吸收峰，可以大大增加光伏 電池的效率。但是外延生長(zhǎng)多層結(jié)構(gòu)，工藝復(fù)雜。對(duì)于聚光型太陽(yáng)能光電池，將太陽(yáng)光聚光再分成單色光，再利用對(duì)應(yīng)單色光譜的 光電池分別發(fā)電，可大大提高光電池的效率。利用圖1所示的結(jié)構(gòu)理論上可以很好的將聚 光再變成平行光的太陽(yáng)光分成緊湊的單色光圓環(huán)，滿(mǎn)足聚光型單色光電池系統(tǒng)的需要。但 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，這樣的雙錐型分光棱鏡很難加工，加工工藝復(fù)雜，費(fèi)用很高，這對(duì)于降低 發(fā)電成本起了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述應(yīng)用于聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的分光棱鏡的加工困難， 成本較高的問(wèn)題，提出了一種解決方案。該方案如下一種用于聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡，由η個(gè)相同的三角棱 鏡組成，每個(gè)三角棱鏡的外表面由一個(gè)矩形底面、兩個(gè)等腰三角形端面，兩個(gè)梯形側(cè)面組 成；兩個(gè)梯形側(cè)面共上底邊，下底邊分別為矩形底面的一對(duì)相平行的邊，矩形底面的另外一 對(duì)邊分別作為兩個(gè)等腰三角形端面的底邊，兩個(gè)等腰三角形端面的腰同時(shí)也作為兩個(gè)梯形 的腰；兩個(gè)三角形端面為拋光面，兩個(gè)梯形側(cè)面之間的夾角為360°的η分之一，相鄰三角 棱鏡的相鄰梯形側(cè)面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的兩個(gè)類(lèi)錐形表面，一個(gè)作為入 射端面，一個(gè)作為出射端面。作為優(yōu)選實(shí)施方式，三角棱鏡的兩個(gè)端面與矩形底面分別形成的夾角根據(jù)不同的 玻璃材料而不同，以保證紫外光譜能從出射端面出射；所述三角棱鏡的相鄰梯形側(cè)面由紫 外膠拼接。本發(fā)明的技術(shù)效果在于1.整個(gè)分光單元可由多塊特別設(shè)計(jì)的三角棱鏡拼接而成，切成三角棱鏡的形式加 工更方便便宜，降低成本；且多塊三角棱鏡拼接構(gòu)成的雙錐形分光棱鏡能有效減小分光棱 鏡體積，壓縮分光面積，從而降低生產(chǎn)成本。2.利用三棱鏡拼接而成的分光元件，可以將平行的入射光在出射面近似的分成同 心的緊湊相連的圓環(huán)光譜。若直接用三角棱鏡分光，出射光譜為分離的多個(gè)圓形，各分離的 光譜圓的所占面積較大，而利用本發(fā)明的分光棱鏡分出的同心圓面積較小，結(jié)構(gòu)緊湊。因此 利用本發(fā)明的分光棱鏡分光能節(jié)約材料成本。


附圖1為本發(fā)明的雙錐形分光棱鏡的整體結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為構(gòu)成本發(fā)明的雙錐形分光棱鏡的一個(gè)三角棱鏡示意圖；附圖3為應(yīng)用到聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的本發(fā)明的分光單元示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施方案如下附圖1為本發(fā)明的雙錐形分光棱鏡的整體結(jié)構(gòu)示意圖，可以說(shuō)是一種理想的雙錐 形分光棱鏡，該種理想的分光棱鏡，上下兩個(gè)底面均為錐形，加工工藝復(fù)雜且，費(fèi)用昂貴。據(jù) 此，本發(fā)明利用圖2所示的幾塊(6、8或12塊)三角棱鏡拼接后，可以模擬出圖1所示的雙 錐形分光棱鏡。利用多塊三棱鏡拼接成一個(gè)上下兩端有錐形凹槽的正多面體(正6面體、 正8面體或正12面體)，得到聚光型單色光電池系統(tǒng)采用的雙錐形分光棱鏡。一個(gè)三角棱鏡的外表面由兩個(gè)等腰三角形端面A、B，兩個(gè)梯形側(cè)面C、D和一個(gè)矩 形底面E、組成。兩個(gè)梯形側(cè)面C、D共上底邊，下底邊相等，分別為矩形底面E的一對(duì)相平 行的邊。矩形底面的另外一對(duì)邊分別作為兩個(gè)等腰三角形端面A、B的底邊，兩個(gè)等腰三角 形端面A、B的腰同時(shí)也作為兩個(gè)梯形側(cè)面的腰。一個(gè)三角棱鏡，只需要將三角形端面A、B 需要拋光即可。以由12個(gè)這樣的三角棱鏡構(gòu)成的雙錐形分光棱鏡為例，每個(gè)三角棱鏡的兩 個(gè)梯形側(cè)面之間的夾角為30°，相鄰三角棱鏡的梯形側(cè)面用紫外膠拼接在一起。玻璃材料上的選取根據(jù)實(shí)際需求可以選擇K9、石英玻璃或火石玻璃。折射率火 石玻璃>石英> K9 ；熔點(diǎn)火石玻璃>石英> K9 ；價(jià)格火石玻璃>石英> K9。玻璃的折射 率越大，分光特性越好；入射光柱能量越大，分光玻璃所承受的溫度越高。本發(fā)明的采用多個(gè)三角棱鏡構(gòu)成的雙錐形分光棱鏡，上下兩個(gè)近似錐形表面由三 角棱鏡的端面拼接而成，三角棱鏡的兩個(gè)端面與矩形底面分別形成的夾角應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的 玻璃材料而設(shè)計(jì)不同，以保證紫外光譜能從出射端面出射。本發(fā)明巧妙的利用組合法將附圖1所述的裝置分成了若干數(shù)目的三角棱鏡加工， 單個(gè)的三角棱鏡加工容易，拼接簡(jiǎn)單，總體成本較低，有利于產(chǎn)業(yè)化。圖3中，聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)分光單元是本發(fā)明的雙錐形分光棱鏡結(jié) 構(gòu)。它是一種色散裝置，包括前錐形分光棱鏡13和后錐形分光棱鏡14。它的前錐形分光 棱鏡13可以將廣譜太陽(yáng)光中不同頻率的光譜分開(kāi)，產(chǎn)生色散，后錐形分光棱鏡14能夠進(jìn)一 步將不同頻率的光分開(kāi)，使得出射光入射到光伏電池上面。不同的頻率的光圓對(duì)稱(chēng)的色散 到光伏電池組上面，光伏電池組由各個(gè)半徑不同的光伏電池1，2…η構(gòu)成(圖中的編號(hào)7， 8,9,10分別標(biāo)識(shí)環(huán)狀光伏電池1，2和η以及中間波段光伏電池)，而圓心處沒(méi)有入射光，因 此也沒(méi)有放置光伏電池。構(gòu)成光伏電池組的各個(gè)環(huán)狀光伏電池1，2…η的最大吸收頻率不 同，由分光棱鏡射出的不同頻率的光對(duì)應(yīng)入射到各個(gè)環(huán)狀光伏電池1，2…η上面，最大效率 的完成各頻率光譜分量的光電轉(zhuǎn)換。環(huán)狀光伏電池1，2···η分別為單結(jié)的半導(dǎo)體光電池，對(duì) 特定頻率吸收效率很高?？傮w來(lái)說(shuō)，本發(fā)明較好地解決了聚光型單色光電池系統(tǒng)中的分光需求，且減少了 對(duì)應(yīng)光譜所需分光面積，因而可以節(jié)約整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的成本。
權(quán)利要求
一種用于聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡，由n個(gè)相同的三角棱鏡組成，每個(gè)三角棱鏡的外表面由一個(gè)矩形底面、兩個(gè)等腰三角形端面，兩個(gè)梯形側(cè)面組成；兩個(gè)梯形側(cè)面共上底邊，下底邊分別為矩形底面的一對(duì)相平行的邊，矩形底面的另外一對(duì)邊分別作為兩個(gè)等腰三角形端面的底邊，兩個(gè)等腰三角形端面的腰同時(shí)也作為兩個(gè)梯形的腰；兩個(gè)三角形端面為拋光面，兩個(gè)梯形側(cè)面之間的夾角為360°的n分之一，相鄰三角棱鏡的相鄰梯形側(cè)面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的兩個(gè)類(lèi)錐形表面，一個(gè)作為入射端面，一個(gè)作為出射端面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙錐形分光棱鏡，其特征在于，三角棱鏡的兩個(gè)端面與矩形 底面分別形成的夾角根據(jù)不同的玻璃材料而不同，以保證紫外光譜能從出射端面出射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙錐形分光棱鏡，其特征在于，所述三角棱鏡的相鄰梯形側(cè) 面由紫外膠拼接。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的分光器件，涉及一種用于聚光型單色光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡，由n個(gè)相同的三角棱鏡組成，每個(gè)三角棱鏡的外表面由一個(gè)矩形底面、兩個(gè)等腰三角形端面，兩個(gè)梯形側(cè)面組成；兩個(gè)三角形端面為拋光面，兩個(gè)梯形側(cè)面之間的夾角為360°的n分之一，相鄰三角棱鏡的相鄰梯形側(cè)面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的兩個(gè)類(lèi)錐形表面，一個(gè)作為入射端面，一個(gè)作為出射端面。本發(fā)明能有效減小分光棱鏡體積，壓縮分光面積，從而降低生產(chǎn)成本；并能提高效率，易于加工，適合大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/12GK101944548SQ201010286660
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者劉 文, 徐智謀, 王雙保, 聶晶, 龔貽文 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)