專利名稱：平頂全反射式二次聚光勻光集成裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種平頂全反射式二次聚光/勻光裝置，主要用在高倍聚光光伏 模組中，實現(xiàn)針對經(jīng)過一次聚光后的光束進行二次聚光及勻光的作用。
背景技術：
隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭以及環(huán)境污染的加劇，太陽能已成為一種極具開發(fā)潛力 的新能源。在太陽能利用領域中，太陽能光伏發(fā)電技術是最具有應用前景的太陽能利用方 式，太陽能光伏發(fā)電技術現(xiàn)已成為世界各國爭先研究的重要課題之一，而研究的重點是如 何提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，以及如何降低光伏發(fā)電的成本。目前應用最廣泛的解 決方案就是在太陽能光伏系統(tǒng)中引進聚光器，即采取聚光光伏系統(tǒng)實現(xiàn)光伏發(fā)電的技術。 當前普遍應用的聚光器主要有兩種一種是反射式聚光器，一種是透射式聚光器。以菲涅耳 透鏡為代表的透射式聚光器以其成本低廉、易大批量生產(chǎn)、方便集成等諸多優(yōu)點，在國內(nèi)外 該領域得到廣泛的應用。但經(jīng)過菲涅耳透鏡的高倍聚光而形成的光斑會因聚光不均勻而產(chǎn) 生熱點，容易因溫度過高而損傷太陽能電池，這樣就會大大降低太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效 率以及減少電池使用壽命，因此急需對聚光器的結構設置進行相應改進，借以滿足使用要 求。

實用新型內(nèi)容為了進一步增大聚光光伏系統(tǒng)的聚光比，并且改善入射到太陽能電池的光斑強度 均勻性。本實用新型的目的旨在開發(fā)一種平頂全反射式二次聚光/勻光集成裝置，該裝置 不僅能提高入射到太陽能電池的光斑強度均勻性，而且還可以實現(xiàn)對菲涅爾透鏡出射光束 的二次聚光，進一步增大聚光光伏系統(tǒng)的總聚光比。為了解決以上技術問題，本實用新型的技術解決方案是平頂全反射式二次聚光 勻光集成裝置，所述集成裝置的上底面正對光源，下底面與太陽能電池相對接，其特征在 于所述集成裝置為實心玻璃，所述上底面與下底面一起均為光線折射面，所述上底面面積 大于下底面面積，所述集成裝置的側(cè)壁鍍有全反射膜，形成集成裝置內(nèi)光線在側(cè)壁無損反 射的全反射壁面。進一步地，所述集成裝置為軸截面呈倒梯形的多邊形柱體結構，至少包括徑向截 面呈正方形的四棱柱體、徑向截面呈六邊形的六棱柱體或徑向截面呈圓形的圓柱體。進一步地，所述集成裝置的上表面鍍有增透膜。應用本實用新型的技術方案為不僅可以進一步增大聚光光伏系統(tǒng)的總聚光比， 而且可以提高太陽能電池上光斑強度的均勻性，從而提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率。該集成裝 置具有結構簡單，操作方便，實用性強等優(yōu)點。

圖1為聚光光伏模組光路結構示意圖；[0009]圖2為本實用新型二次聚光及勻光集成裝置的立體結構示意圖；圖3為本實用新型二次聚光及勻光集成裝置的剖面示意圖；圖4為有且最多僅有一次全反射時的仿真分析圖；圖5為有且最多僅有二次全反射時的仿真分析圖；圖6為有且最多僅有三次全反射時的仿真分析圖；圖7為有且最多僅有四次全反射時的仿真分析圖；圖8為單菲涅耳透鏡形成的光斑強度分布圖；圖9為單菲涅耳透鏡加本實用新型二次聚光及勻光集成裝置后形成的光斑強度 分布圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1、圖2的本實用新型聚光光伏模組光路及產(chǎn)品立體結構示意圖所示，本實施 例以上底面為光束的入射面，下底面為光束出射面。入射光束經(jīng)過一次聚光器1 (一般為 菲涅耳透鏡)的一次聚光后進入平頂全反射式二次聚光/勻光集成裝置2，又經(jīng)過平頂全反 射式二次聚光/勻光集成裝置上底面的折射、側(cè)壁的多次全反射和下底面的折射到達太陽 能電池3上。為了最大限度的利用太陽能，把太陽能電池放在下底面處，所以下底面的面積 根據(jù)太陽能電池的面積而定，上底面的面積根據(jù)入射光束的口徑而定。在保證光利用率為 100%的前提下，根據(jù)入射面和出射面的面積，通過計算可以求出側(cè)壁的傾角。如圖3所示的剖面示意圖，為了分析簡單，設入射光束垂直進入入射面，側(cè)壁與水 平底面的夾角為D，利用全反射定律和三角函數(shù)關系可以得到只有兩個側(cè)壁全反射時的聚 光比K與D的關系，用軟件分析得到仿真分析圖4、圖5、圖6、圖7所示。從而根據(jù)入射光束 口徑和太陽能電池的面積，經(jīng)過分析計算就可以確定出側(cè)壁傾斜角度，進而確定應用于于 聚光光伏模組的平頂全反射式二次聚光/勻光集成裝置的具體參數(shù)。如圖8所示，是單純使用一個菲涅耳透鏡形成的光斑的強度分布圖，而如圖9所示 的是在這個菲涅耳透鏡跟檢測器中間加入一個本實用新型的平頂反射式二次聚光/勻光 集成裝置后形成的同樣大小的光斑的強度分布圖，并且加入平頂全反射式二次聚光/勻光 集成裝置后系統(tǒng)的光利用率有所提高。經(jīng)計算，圖9的光斑強度均勻性為83. 2%，而圖8的 光斑強度均勻性為13. 7%，通過對比可知，在系統(tǒng)中引入平頂全反射式二次聚光/勻光集成 裝置后能大大改善出射光斑的強度均勻性。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變 換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
權利要求1.平頂全反射式二次聚光勻光集成裝置，所述集成裝置的上底面正對光源，下底面與 太陽能電池相對接，其特征在于所述集成裝置為實心玻璃，所述上底面與下底面一起均為 光線折射面，所述上底面面積大于下底面面積，所述集成裝置的側(cè)壁鍍有全反射膜，形成集 成裝置內(nèi)光線在側(cè)壁無損反射的全反射壁面。
2.根據(jù)權利要求1所述的平頂全反射式二次聚光勻光集成裝置，其特征在于所述集 成裝置為軸截面呈倒梯形的多邊形柱體結構，至少包括徑向截面呈正方形的四棱柱體、徑 向截面呈六邊形的六棱柱體或徑向截面呈圓形的圓柱體。
3.根據(jù)權利要求1所述的平頂全反射式二次聚光勻光集成裝置，其特征在于所述集 成裝置的上表面鍍有增透膜。
專利摘要本實用新型涉及一種平頂全反射式二次聚光勻光集成裝置，該集成裝置的上底面正對光源，下底面與太陽能電池相對接，其特點是該集成裝置為實心玻璃，該上底面與下底面一起均為光線折射面，該上底面面積大于下底面面積，該集成裝置的側(cè)壁鍍有全反射膜，形成集成裝置內(nèi)光線在側(cè)壁無損反射的全反射壁面。應用本實用新型的技術方案為不僅可以進一步增大聚光光伏系統(tǒng)的總聚光比，而且可以提高太陽能電池上光斑強度的均勻性，從而提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率。該集成裝置具有結構簡單，操作方便，實用性強等優(yōu)點。
文檔編號G02B1/11GK202434553SQ20112056931
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者宋賀倫, 張耀輝, 戴高環(huán), 李望, 茹占強 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所