專利名稱：用于聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種分光棱鏡，適用于聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)的分光器 件。
背景技術：
自然界的太陽光是最環(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)現采用聚光技術可以大大縮小太陽能電池的面積，從而降低成本。由于太陽光的廣譜特 性，而單結太陽能電池對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 多結串聯太陽能電池的提出，各個結對應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。但是外延生長多層結構，工藝復雜。對于聚光型太陽能光電池，將太陽光聚光再分成單色光，再利用對應單色光譜的 光電池分別發(fā)電，可大大提高光電池的效率。利用圖1所示的結構理論上可以很好的將聚 光再變成平行光的太陽光分成緊湊的單色光圓環(huán)，滿足聚光型單色光電池系統(tǒng)的需要。但 實際生產過程中，這樣的雙錐型分光棱鏡很難加工，加工工藝復雜，費用很高，這對于降低 發(fā)電成本起了限制。
發(fā)明內容本實用新型為解決上述應用于聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)的分光棱鏡的加工 困難，成本較高的問題，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能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡，由η個相同的三角棱 鏡組成，每個三角棱鏡的外表面由一個矩形底面、兩個等腰三角形端面，兩個梯形側面組 成；兩個梯形側面共上底邊，下底邊分別為矩形底面的一對相平行的邊，矩形底面的另外一 對邊分別作為兩個等腰三角形端面的底邊，兩個等腰三角形端面的腰同時也作為兩個梯形 的腰；兩個三角形端面為拋光面，兩個梯形側面之間的夾角為360°的η分之一，相鄰三角 棱鏡的相鄰梯形側面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的兩個類錐形表面，一個作為入 射端面，一個作為出射端面。作為優(yōu)選實施方式，三角棱鏡的兩個端面與矩形底面分別形成的夾角根據不同的 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面由紫 外膠拼接。本實用新型的技術效果在于1.整個分光單元可由多塊特別設計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圓形，各分離的 光譜圓的所占面積較大，而利用本實用新型的分光棱鏡分出的同心圓面積較小，結構緊湊。因此利用本實用新型的分光棱鏡分光能節(jié)約材料成本。
附圖1為本實用新型的雙錐形分光棱鏡的整體結構示意圖；附圖2為構成本實用新型的雙錐形分光棱鏡的一個三角棱鏡示意圖；附圖3為應用到聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)的本實用新型的分光單元示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施方案如下附圖1為本實用新型的雙錐形分光棱鏡的整體結構示意圖，可以說是一種理想的 雙錐形分光棱鏡，該種理想的分光棱鏡，上下兩個底面均為錐形，加工工藝復雜且，費用昂 貴。據此，本實用新型利用圖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。一個三角棱鏡的外表面由兩個等腰三角形端面A、B，兩個梯形側面C、D和一個矩 形底面E、組成。兩個梯形側面C、D共上底邊，下底邊相等，分別為矩形底面E的一對相平 行的邊。矩形底面的另外一對邊分別作為兩個等腰三角形端面A、B的底邊，兩個等腰三角 形端面A、B的腰同時也作為兩個梯形側面的腰。一個三角棱鏡，只需要將三角形端面A、B 需要拋光即可。以由12個這樣的三角棱鏡構成的雙錐形分光棱鏡為例，每個三角棱鏡的兩 個梯形側面之間的夾角為30°，相鄰三角棱鏡的梯形側面用紫外膠拼接在一起。玻璃材料上的選取根據實際需求可以選擇K9、石英玻璃或火石玻璃。折射率火 石玻璃>石英> K9 ；熔點火石玻璃>石英> K9 ；價格火石玻璃>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。本實用新型的采用多個三角棱鏡構成的雙錐形分光棱鏡，上下兩個近似錐形表面 由三角棱鏡的端面拼接而成，三角棱鏡的兩個端面與矩形底面分別形成的夾角應當根據不 同的玻璃材料而設計不同，以保證紫外光譜能從出射端面出射。本實用新型巧妙的利用組合法將附圖1所述的裝置分成了若干數目的三角棱鏡 加工，單個的三角棱鏡加工容易，拼接簡單，總體成本較低，有利于產業(yè)化。圖3中，聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)分光單元是本實用新型的雙錐形分光棱鏡 結構。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可以將廣譜太陽光中不同頻率的光譜分開，產生色散，后錐形分光棱鏡14能夠進一 步將不同頻率的光分開，使得出射光入射到光伏電池上面。不同的頻率的光圓對稱的色散 到光伏電池組上面，光伏電池組由各個半徑不同的光伏電池1，2…η構成(圖中的編號7， 8,9,10分別標識環(huán)狀光伏電池1，2和η以及中間波段光伏電池)，而圓心處沒有入射光，因 此也沒有放置光伏電池。構成光伏電池組的各個環(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應入射到各個環(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換。環(huán)狀光伏電池1，2···η分別為單結的半導體光電池，對 特定頻率吸收效率很高?？傮w來說，本實用新型較好地解決了聚光型單色光電池系統(tǒng)中的分光需求，且減少了對應光譜所需分光面積，因而可以節(jié)約整個發(fā)電系統(tǒng)的成本。
權利要求1.一種用于聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡，由η個相同的三角棱鏡 組成，每個三角棱鏡的外表面由一個矩形底面、兩個等腰三角形端面，兩個梯形側面組成； 兩個梯形側面共上底邊，下底邊分別為矩形底面的一對相平行的邊，矩形底面的另外一對 邊分別作為兩個等腰三角形端面的底邊，兩個等腰三角形端面的腰同時也作為兩個梯形的 腰；兩個三角形端面為拋光面，兩個梯形側面之間的夾角為360°的η分之一，相鄰三角棱 鏡的相鄰梯形側面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的兩個類錐形表面，一個作為入射 端面，一個作為出射端面。
2.根據權利要求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 面由紫外膠拼接。
專利摘要本實用新型屬于太陽能電池領域的分光器件，涉及一種用于聚光型單色光太陽能電池系統(tǒng)的雙錐形分光棱鏡，由n個相同的三角棱鏡組成，每個三角棱鏡的外表面由一個矩形底面、兩個等腰三角形端面，兩個梯形側面組成；兩個三角形端面為拋光面，兩個梯形側面之間的夾角為360°的n分之一，相鄰三角棱鏡的相鄰梯形側面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的兩個類錐形表面，一個作為入射端面，一個作為出射端面。本實用新型能有效減小分光棱鏡體積，壓縮分光面積，從而降低生產成本；并能提高效率，易于加工，適合大批量生產。
文檔編號G02B27/12GK201868453SQ20102053550
公開日2011年6月15日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權日2010年9月19日
發(fā)明者劉 文, 徐智謀, 王雙保, 聶晶, 龔貽文 申請人:華中科技大學