專利名稱：跟蹤太陽位置的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按衍射和/或折射方式工作的光學(xué)設(shè)備，使入射光，最好是太陽光通過，進(jìn)入到接收器，最好是太陽能單元上，本設(shè)備包括受控的跟蹤裝置，使之跟隨光源與接收器相對(duì)位置隨時(shí)間的變化，最好是跟隨太陽位置的變化。
在報(bào)紙“Frankfurter Allgemeine Zeitung”1994年7月28日增刊No.144的新聞稿中，有一篇關(guān)于用全息薄膜使太陽光照在太陽能電池上的報(bào)告。意圖用該種全息薄膜代替常規(guī)的棱鏡和透鏡。準(zhǔn)備用該薄膜把光譜分開，把按此方式分開的光，送至專為相應(yīng)的光譜波段設(shè)計(jì)的太陽能電池。
DE 31 41 789 A1公開一種太陽光線集中器，其主體具有棱鏡的形式，且在其入射面和反射面上有相應(yīng)一層全息結(jié)構(gòu)的材料層。選擇全息結(jié)構(gòu)參數(shù)，使輻射借助全息圖進(jìn)入棱鏡，并在棱鏡內(nèi)，輻射經(jīng)棱鏡的多個(gè)端面會(huì)聚后射出。在此情形下，輻射被聚集，同時(shí)，該種配置還能把輻射分為各種光譜波段，使各種光譜波段聚集在各種射線的出射面。目的是，據(jù)此可向各特定的光電轉(zhuǎn)換器饋送相應(yīng)的光譜波段。由棱鏡組成的該種太陽光線集中器，在跟蹤方面存在上面所述缺點(diǎn)。此外，由于使用棱鏡，會(huì)出現(xiàn)陰影效應(yīng)，降低轉(zhuǎn)換率。
US No 4 054 356 A1公開一種太陽光線集中器，采用點(diǎn)光源全息圖的形式。但發(fā)現(xiàn)該全息圖透鏡的焦點(diǎn)太大，為了安置接收器接收該透鏡焦點(diǎn)上聚集的輻射，需要把一輔助裝置連接在接收器與透鏡之間。此外，該配置在接收器表面還存在不規(guī)則能量分布問題。
DE 30 12 500 A1公開一種后向反射鏡，用作光隔板和光幕。該反射鏡使用了在光敏材料上按全息方法形成的衍射光柵。
當(dāng)該反射鏡被照明時(shí)，入射其上的輻射被反射并聚焦在帶有全息圖的反射器板之外。
按照本發(fā)明，要達(dá)到該目的，本說明書公開部分闡明的該種光學(xué)設(shè)備的設(shè)計(jì)，需要使該光學(xué)設(shè)備有透明的或反射的光學(xué)主體，該光學(xué)主體有衍射的和/或折射的和/或全息的區(qū)域。據(jù)此，按照特性組合a)，能夠提供有多個(gè)性質(zhì)各不相同部分的光學(xué)主體，各部分的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)參數(shù)，沿跟蹤方向各不相同，并且能夠借助跟蹤裝置對(duì)光學(xué)主體和/或?qū)邮掌鞯淖饔?，使光學(xué)主體與接收器相對(duì)運(yùn)動(dòng)，把光學(xué)主體各不同部分帶進(jìn)或帶出工作位置。按照特性組合b)，能夠提供具有薄膜形式和/或放在薄膜上的光學(xué)主體，借助跟蹤裝置把薄膜卷起和松開，使光學(xué)主體相對(duì)于接收器運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤。
精確的跟蹤能夠以特別簡單的方式實(shí)施，因?yàn)榘凑战M合a)，具有衍射和/或折射和/或全息區(qū)域的光學(xué)主體，分為光學(xué)參數(shù)各不相同的性質(zhì)不同的部分。作用于光學(xué)主體和/或接收器上的跟蹤裝置，使光學(xué)主體與接收器之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此情形下，光學(xué)主體的不同部分相繼地移進(jìn)工作位置，產(chǎn)生跟蹤運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，在各種情況中，在該時(shí)間的工作位置上的光學(xué)主體的一部分，分別構(gòu)成在該時(shí)間的有效部分，且是在該時(shí)間以需要的輻照角或以需要的聚集度，把入射光饋送至接收器的部分。
若按照組合b)，則光學(xué)主體具有薄膜的形式和/或放在薄膜上，能夠借助跟蹤裝置卷起和松開薄膜，這樣做能在結(jié)構(gòu)簡單方面和價(jià)格方面給出基本優(yōu)點(diǎn)。
在用于太陽能裝備方面可享有特別的優(yōu)點(diǎn)。太陽能單元形式的接收器可以保持不動(dòng)，而光學(xué)裝置則跟蹤太陽的位置。在用于溫室方面亦可享有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
具有衍射和/或折射和/或全息區(qū)域的光學(xué)設(shè)備主體，最好有平坦的光入射面，且最好有平坦的光出射面。太陽光以給定的入射角射在光入射面上，該入射角依賴于光源相對(duì)于接收器的瞬時(shí)位置，就是說，在太陽能裝備中，依賴于太陽的位置。按此方式入射的光穿越該主體，在穿越主體的過程中被偏折或聚集，使光按給定角度或按給定聚集度在光出射面上從主體出射，從而到達(dá)接收器。選取該主體的光學(xué)參數(shù)，以便對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用獲得所需的出射角或所需的聚集度。在太陽能工程的應(yīng)用中，主體的光學(xué)參數(shù)，要使最佳地利用從主體出來的太陽光的出射角與相應(yīng)到達(dá)太陽能單元的輻照角，盡可能形成90°的輻照角或最大的聚集度。
光學(xué)主體上光學(xué)參數(shù)各不相同的部分，能夠沿跟蹤方向按相互并列關(guān)系，排列在該主體上或排列在該主體內(nèi)，其中，各部分可以采取各部分相互連續(xù)地融合的形式，或采取各部分分開的離散的形式。各部分連續(xù)過渡的安排，提供連續(xù)跟蹤的優(yōu)點(diǎn)。如果沿跟蹤方向的光學(xué)參數(shù)也是平穩(wěn)漸進(jìn)地連續(xù)變化的，則該種安排特別有利。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，光學(xué)主體或薄膜，至少有一區(qū)域采取層的形式，具有使光轉(zhuǎn)向和/或使光聚集的結(jié)構(gòu)。該光學(xué)主體可以用全息單元構(gòu)成，例如最好是有全息圖結(jié)構(gòu)的層狀區(qū)域。光學(xué)參數(shù)各不相同的部分可以用具有不同全息圖結(jié)構(gòu)的部分實(shí)現(xiàn)。為了基本上把光聚集，代替全息圖結(jié)構(gòu)或除全息圖結(jié)構(gòu)之外，光學(xué)主體也可以具有衍射透鏡或衍射反射鏡結(jié)構(gòu)。為了使光學(xué)主體或薄膜上的反射損耗最小，可以令光學(xué)主體或薄膜向著光源一側(cè)是消反射的。
該主體可以具有剛性體或柔性體的形式。特別有利的是使用全息薄膜。該薄膜還可以具有衍射透鏡或衍射反射鏡結(jié)構(gòu)的集中器薄膜形式。該薄膜可以分為多個(gè)區(qū)域，各有不同透鏡結(jié)構(gòu)或不同反射鏡結(jié)構(gòu)，這些區(qū)域沿跟蹤方向依次排列。
如果沿跟蹤方向各不相同的薄膜各區(qū)域，至少與一個(gè)太陽能單元相聯(lián)系，從而使第一個(gè)區(qū)域在一天或多天的第一時(shí)間周期中與一個(gè)太陽能單元配合，而與第一區(qū)域相鄰的第二區(qū)域則在隨后一天或多天的第二時(shí)間周期中與該太陽能單元配合，那么，跟蹤操作能夠以特別簡單的方式實(shí)現(xiàn)。為此，薄膜可以分為不同的區(qū)域，各區(qū)域能夠與一年或半年的個(gè)別天數(shù)相聯(lián)系，最好是按365天或182或183天分為不同的區(qū)域。
在有大量太陽能單元的較大的太陽能裝備中，如果多個(gè)太陽能單元沿縱列和橫列按柵格排列方式排列，和/或光學(xué)主體分為多個(gè)分離的區(qū)域，沿縱列和橫列按柵格排列方式排列，最好與太陽能單元的柵格排列對(duì)應(yīng)，那么，這樣的結(jié)構(gòu)就特別簡單。為實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償光源位置變化的跟蹤，可以令太陽能單元的柵格排列和/或令光學(xué)主體各區(qū)域，相對(duì)于跟蹤方向和/或光學(xué)主體的運(yùn)動(dòng)方向傾斜一銳角。如果采用0.25°的角度，則能夠在一年的過程中實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償太陽位置變化的跟蹤。
如果在薄膜上進(jìn)行光譜劃分，最好是在太陽光穿過全息薄膜的情況下，則有可能使用特定光譜的太陽能電池?？梢园讯鄠€(gè)這種特定光譜的太陽能電池按相互并列關(guān)系排列和把個(gè)別光譜饋送至相應(yīng)的太陽能電池。
當(dāng)使用柔性薄膜時(shí)，能夠?qū)Ω櫻b置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)給出特別簡單的結(jié)構(gòu)，而且具有該種結(jié)構(gòu)的裝置，運(yùn)行可靠并精確。跟蹤裝置可以采取薄膜傳送裝置的形式，該薄膜傳送裝置至少有一個(gè)薄膜貯藏裝置，最好是鼓，用于接收和/或送出薄膜。最好有一個(gè)在跟蹤時(shí)卷上薄膜的第一鼓和一個(gè)在跟蹤時(shí)松開薄膜的第二鼓。在此情形下，安排一薄膜部分，最好在張緊的情況下，置于第一鼓和第二鼓之間，作為光導(dǎo)引和/或光集中器裝置的相應(yīng)工作部分。實(shí)施跟蹤時(shí)，借助電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)使第一鼓旋轉(zhuǎn)。第二鼓則與之同步旋轉(zhuǎn)。
在跟蹤裝置的特定安排中，設(shè)置第一傳送裝置，沿光學(xué)主體的主伸延方向移動(dòng)光學(xué)主體。此外，還可以設(shè)置第二傳送裝置，沿與光學(xué)主體的主伸延方向成一角度，最好是直角的方向，移動(dòng)光學(xué)主體，或者繞平行于光學(xué)主體主伸延方向的軸，旋轉(zhuǎn)光學(xué)主體。該第一或第二傳送裝置的控制，與一天的時(shí)間有關(guān)，就是說，與一天的時(shí)間中太陽的位置有關(guān)。另一傳送裝置的控制則與一年的時(shí)間有關(guān)，就是說，與一年時(shí)間中太陽的位置有關(guān)。
與太陽能單元1結(jié)合的是讓太陽光2通過的光學(xué)設(shè)備3，太陽光的入射角α依賴于太陽的位置，為了最大可能地有效利用太陽光，在各種情況中，通過光學(xué)設(shè)備3的太陽光要盡可能垂直地射在太陽能單元1的表面。
光學(xué)設(shè)備3有按衍射和/或折射方式工作的光學(xué)主體4，太陽光穿過該光學(xué)主體，此時(shí)光學(xué)主體使太陽光偏折。在圖示的實(shí)施例中，光學(xué)主體4具有透明全息薄膜的形式，張緊放在距太陽能單元1表面一定的距離上。
太陽能單元之上的薄膜4被輻照部分的全息圖結(jié)構(gòu)，要使以角度α入射薄膜4表面的太陽光，在穿過薄膜時(shí)偏折，并在薄膜的下側(cè)以角度β射出。選擇太陽能單元1的安裝，使以角度β射出的太陽光，最好以90°射在太陽能單元1的表面A。在圖示實(shí)施例中，出射角β＝90°，且薄膜張緊在平行于太陽能單元1表面A的平面上。
為了在太陽的任何位置上都有效地利用太陽光，光學(xué)設(shè)備3有跟蹤裝置5，利用跟蹤裝置，使薄膜跟蹤相對(duì)于不動(dòng)地放置的太陽能單元1的太陽位置。跟蹤裝置5有兩個(gè)同步驅(qū)動(dòng)的鼓51、52。兩個(gè)鼓51、52并排放置，相互分開共同的距離。兩個(gè)鼓可以旋轉(zhuǎn)，不動(dòng)地支承在支架51g、52g上。把薄膜4的兩個(gè)相對(duì)端繞在鼓51、52上，使薄膜4在兩個(gè)鼓51、52之間張緊。兩個(gè)鼓51、52用電動(dòng)機(jī)按受控方式驅(qū)動(dòng)，使兩鼓繞它們的鼓軸51a、52a同步地旋轉(zhuǎn)。

圖1中的旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針方向，于是，張緊在鼓51、52之間的薄膜4，沿方向C從左到右傳送。傳送運(yùn)動(dòng)的速度依照太陽位置一天時(shí)間的變化來控制。
在跟蹤過程中，薄膜4沿方向C連續(xù)地運(yùn)動(dòng)。在此情況下，薄膜被鼓52卷上并被鼓51松開。只有薄膜在該時(shí)間位于太陽能單元1之上的相應(yīng)張緊部分，才能讓入射太陽光透過，從而只有該部分在該時(shí)間是事實(shí)上有效的。
沿薄膜4的主伸延方向，就是說，沿它表面的方向從而沿跟蹤方向C，薄膜4有變化的全息圖結(jié)構(gòu)。全息圖結(jié)構(gòu)的參數(shù)變化，是這樣選擇的，依據(jù)給定的傳送速度或跟蹤運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)依賴于太陽位置的入射角α的光的偏折作用，獲得連續(xù)的適應(yīng)性。全息圖結(jié)構(gòu)的這一適應(yīng)性，就是隨著一天中入射角α隨太陽位置的變化，保持出射角β近似恒定。這意味著對(duì)太陽一天中的任何位置，角度β和γ近似恒定，從而對(duì)太陽的任何位置，太陽光都被同樣有效地利用。
為了提供一年時(shí)間的適應(yīng)性，還要對(duì)薄膜平面相對(duì)于太陽能單元1表面A的角位置，提供另外的跟蹤。據(jù)此，沿C方向繞平行于太陽能單元1表面的樞軸旋轉(zhuǎn)薄膜平面，最好與鼓51、52一起旋轉(zhuǎn)。據(jù)此，可以設(shè)置某種繞樞中心旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)(未畫出)，使鼓51、52作適當(dāng)?shù)慕嵌雀?，例如把該種機(jī)構(gòu)安裝在支承支架區(qū)域51g、52g內(nèi)。
對(duì)上述薄膜在方向C上在一天時(shí)間中的跟蹤，由獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)51m、52m提供鼓51、52的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)51m驅(qū)動(dòng)鼓軸51a。為此，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)51m的驅(qū)動(dòng)輸出軸(未畫出)用一傳動(dòng)裝置(未畫出)與鼓軸51a連接。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)52m按相應(yīng)方式驅(qū)動(dòng)鼓軸52a。同步地控制該兩個(gè)電動(dòng)機(jī)51m、52m?？刂葡到y(tǒng)的性質(zhì)要能使傳送速度，即薄膜4沿方向C的跟蹤，在一天的時(shí)間中隨太陽位置而變化。
晚上，把薄膜卷回去。這一工作由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)沿相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)完成，從而薄膜被鼓52松開而卷在鼓51上。
對(duì)一年時(shí)間中的跟蹤，也可以用電動(dòng)機(jī)裝置使鼓51、52繞樞中心運(yùn)動(dòng)而達(dá)到，即借助驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(未畫出)按適當(dāng)控制方式驅(qū)動(dòng)上述繞樞軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)而達(dá)到。
雖然，在上述實(shí)施例中，假定薄膜上或透明的光學(xué)主體上，有基本上連續(xù)變化的光偏折全息圖結(jié)構(gòu)，而且相應(yīng)地，薄膜在太陽能單元之上連續(xù)移動(dòng)，但顯然，按準(zhǔn)不連續(xù)方式向光學(xué)主體提供相應(yīng)的光偏折結(jié)構(gòu)，例如具有帶狀的相同結(jié)構(gòu)的形式，然后據(jù)此使該光學(xué)主體以相應(yīng)的不連續(xù)的或步進(jìn)的方式相對(duì)于太陽能單元運(yùn)動(dòng)，也是可以的。
圖5和圖6所示實(shí)施例，也涉及具有衍射薄膜的太陽能裝備，借助帶有鼓51、52的跟蹤裝置5，把薄膜卷上和松開，在太陽能單元1上引導(dǎo)薄膜，使之跟蹤一天時(shí)間中太陽的位置，圖上畫的兩個(gè)鼓是示意性的，實(shí)際上要大得多且支承在彼此相距適當(dāng)?shù)木嚯x上。與前述的實(shí)施例不同的是，圖5和6所用薄膜4是聚集入射太陽光的薄膜。該種薄膜使用衍射透鏡4a形式的薄膜集中器。入射太陽光在穿越透鏡4a時(shí)被聚集，使太陽的像出現(xiàn)在置于焦點(diǎn)的太陽能單元1內(nèi)。當(dāng)使用帶有直徑在1至5cm之間的透鏡的薄膜時(shí)，薄膜4相對(duì)于太陽能單元表面A的距離則在10至20cm之間。
在一天中，在太陽能單元1上張緊的薄膜4，被跟蹤裝置5在圖中從左向右移動(dòng)，就是說，沿東西方向。據(jù)此，隨著一天時(shí)間中太陽的位置，一天中或多或少傾斜地向下照射的太陽的像被跟蹤，于是，太陽的像一整天都落在放在恒定位置的太陽能單元1上。圖5畫出中午時(shí)間近似垂直入射的太陽光的位置。圖6畫出下午時(shí)傾斜入射的太陽光的位置。從圖6的位置可見，為了跟蹤，向右移動(dòng)薄膜4或透鏡4a。
為了跟蹤，在一天的時(shí)間中薄膜4的傳送速度是每小時(shí)f×0.25，這里f′是透鏡的焦距。這樣，已經(jīng)考慮太陽位置在一天時(shí)間中的變化而導(dǎo)致光入射角約每小時(shí)15°的變化，并獲得在一天時(shí)間中精確的跟蹤。
在變化了的實(shí)施例中，把多個(gè)太陽能單元1a、1b沿薄膜4移動(dòng)方向相繼排列。圖7畫出這樣排列的兩個(gè)太陽能單元1a、1b。在太陽能單元1a、1b上張緊的薄膜4，有兩個(gè)透鏡4a、4b，沿薄膜4移動(dòng)方向C相繼排列。從圖7可見，通過照射太陽能單元1a的透鏡4a和照射太陽能單元1b的透鏡4b，透鏡4a與太陽能單元1a相聯(lián)系，而透鏡4b與太陽能單元1b相聯(lián)系。為此，太陽能單元1a、1b的距離s等于透鏡4a、4b中心線之間的距離。由于薄膜4按照一天的時(shí)間作跟蹤運(yùn)動(dòng)，太陽的像也隨一天相應(yīng)時(shí)間的太陽位置作跟蹤運(yùn)動(dòng)，于是，在各種情況中，太陽通過透鏡4a的像都落在位置不變的太陽能單元1a上，同時(shí)，通過透鏡4b的像則落在相應(yīng)恒定位置的太陽能單元1b上。
在圖5、6和7的實(shí)施例中，把多個(gè)太陽能單元1a、1b等等按相互并列關(guān)系，沿薄膜運(yùn)動(dòng)方向的橫向排成一列或多列。為此，當(dāng)使用帶有環(huán)形透鏡的薄膜時(shí)，多個(gè)透鏡4a、4b等等沿橫向排列在薄膜上。這些透鏡和相關(guān)的在橫列上的太陽能單元，按照相鄰?fù)哥R中心線的距離等于相關(guān)的相鄰太陽能單元的距離分別排列。這樣，橫列上相應(yīng)的透鏡與橫列上各個(gè)太陽能單元對(duì)應(yīng)。據(jù)此，薄膜4在一天相應(yīng)時(shí)間中的跟蹤運(yùn)動(dòng)，借助相關(guān)的透鏡，保證一天中各個(gè)太陽能單元在各種情況下都獲得恒定的照射。
圖8畫出部分薄膜，其上有按柵狀或柵格排列的透鏡4a、4b、4c。這些透鏡以相互并列關(guān)系沿彼此成直角伸延的縱列和橫列排列。在此情況下，該柵格排列相對(duì)于薄膜4運(yùn)動(dòng)和伸延方向C傾斜約0.25°。角度0.25°對(duì)應(yīng)于每天太陽相對(duì)于太陽能電池板的角度變化；該變化在角度上是每天47°/182。這樣，僅僅沿方向C移動(dòng)薄膜，就能補(bǔ)償每天太陽角度的變化，就是說，無需作另外調(diào)整。
圖9畫出該種薄膜在太陽能裝備中的應(yīng)用。薄膜在排列成柵格的太陽能單元1a至1f上張緊，并沿方向C，即東西方向卷上和松開。于是，對(duì)一天時(shí)間的跟蹤如前面的實(shí)施例那樣，在一天中把薄膜從圖9的左側(cè)向右側(cè)移動(dòng)。這樣，一整天中總有相應(yīng)透鏡與給定的太陽能單元對(duì)應(yīng)，使太陽能單元通過該相應(yīng)透鏡被照射。為了實(shí)現(xiàn)一年時(shí)間的跟蹤，薄膜每天移動(dòng)一行的距離，因此每一太陽能單元只被某個(gè)透鏡照射一天。下一天，該太陽能單元通過下一個(gè)透鏡照射。由于該柵格排列傾斜0.25°角度，肯定能在薄膜沿方向C移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生跟蹤作用。因?yàn)椋捎跂鸥衽帕械倪@一傾斜，隨著一年時(shí)間中太陽在水平線以上高度每天的變化，使透鏡獲得垂直于該傳播方向的相對(duì)移動(dòng)，從而補(bǔ)償太陽位置在一年時(shí)間中的變化。
就是說，在圖9所示實(shí)施例中，一天時(shí)間中以及一年時(shí)間中的跟蹤作用，由于薄膜4沿方向C的跟蹤運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。為此，薄膜4可以有182個(gè)不同透鏡沿運(yùn)動(dòng)方向相繼排列，而且在一年中由跟蹤裝置5整個(gè)地向前和向后移動(dòng)一次，就是說，在圖9中，前半年向右，下半年向左。
在與圖8和9不同的變化的實(shí)施例中，不用角度傾斜的柵格排列，也能實(shí)現(xiàn)一年時(shí)間的跟蹤，辦法是，令薄膜平面繞滑移運(yùn)動(dòng)軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者，在相對(duì)于水平平面傾斜且向著太陽的平面內(nèi)，移動(dòng)薄膜。當(dāng)太陽能單元排列在面向太陽的傾斜的屋頂結(jié)構(gòu)上時(shí)，令薄膜平行于傾斜的屋頂結(jié)構(gòu)向上或向下移動(dòng)，可以獲得一年時(shí)間的跟蹤。
在圖10所示變化了的實(shí)施例中，代替衍射透鏡，薄膜4有衍射的反射鏡，即凹面反射鏡4s。太陽能單元1放在向著太陽的薄膜4旁邊，與薄膜4相距f(＝焦距)。入射在反射鏡4s上的太陽光被聚集，使太陽的像落在太陽能單元的表面A上。薄膜的跟蹤與前面實(shí)施例的方式相同，即借助跟蹤裝置5令薄膜沿方向C移動(dòng)。反射鏡薄膜也可以有多個(gè)反射鏡4s，沿縱列和橫列排列。這樣的薄膜可以與具有透鏡結(jié)構(gòu)的薄膜有相應(yīng)結(jié)構(gòu)，透鏡結(jié)構(gòu)的薄膜已參照?qǐng)D5和9的實(shí)施例說明。類似于圖4和9的實(shí)施例也可以用反射鏡薄膜。
已說明的實(shí)施例所用的衍射透鏡和反射鏡，其高度方向的斷面包括球形截面和雙曲線截面的同心帶。代替這些同心結(jié)構(gòu)或除這些同心結(jié)構(gòu)之外，薄膜4也可以有橫向結(jié)構(gòu)。這些薄膜能有效地同時(shí)把光偏折和把光聚集。
權(quán)利要求
1.一種按衍射和/或按折射方式工作的光學(xué)設(shè)備，能讓入射光，最好是太陽光通過，射到接收器上，最好是射到太陽能單元上，該設(shè)備包括受控的跟蹤裝置，使之跟隨光源與接收器相對(duì)位置隨時(shí)間的變化，最好是跟隨太陽位置的變化，特征在于該光學(xué)設(shè)備(3)具有透明的或反射的光學(xué)主體(4)，主體上有衍射的和/或折射的和/或全息的區(qū)域，使光偏折和/或聚集，其中a)該光學(xué)主體(4)由多部分組成，各部分沿跟蹤方向的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)參數(shù)，性質(zhì)各不相同，并且能夠借助跟蹤裝置(5)對(duì)光學(xué)主體(4)和/或?qū)邮掌?1)的作用，使光學(xué)主體(4)與接收器(1)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，把光學(xué)主體(4)的不同部分帶進(jìn)或帶出工作位置，和/或b)該光學(xué)主體具有薄膜(4)的形式和/或放在薄膜(4)上，利用跟蹤裝置(5)，借助卷起和松開薄膜(4)，使薄膜(4)相對(duì)于接收器(1)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)嵤└櫋?br> 2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，特征在于，各不同部分以相互并列關(guān)系沿跟蹤方向排列在光學(xué)主體(4)之上和/或之中，其中，各部分采取各部分相互連續(xù)地融合的形式，或采取各部分分開的離散的形式。
3.按照權(quán)利要求1或2的設(shè)備，特征在于，光學(xué)主體(4)具有剛性體或柔性體的形式。
4.按照前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于，光學(xué)主體(4)或薄膜(4)至少有一層狀區(qū)域，具有能使光偏折和/或聚集的結(jié)構(gòu)。
5.按照前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于，薄膜(4)在向著光源的一側(cè)是消反射的。
6.按照前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于，聚集光的結(jié)構(gòu)具有衍射透鏡(4a)或衍射反射鏡結(jié)構(gòu)的集中器薄膜(4)的形式。
7.按照權(quán)利要求6的設(shè)備，特征在于，薄膜分為多種不同透鏡結(jié)構(gòu)區(qū)域或反射鏡結(jié)構(gòu)區(qū)域，沿跟蹤方向相繼排列。
8.按照前述權(quán)利要求之一，特別是權(quán)利要求7的設(shè)備，其中的跟蹤作用，最好能對(duì)太陽位置在一天時(shí)間中的改變和/或一年時(shí)間中的改變加以補(bǔ)償，該設(shè)備的特征在于，薄膜上沿跟蹤方向性質(zhì)各不相同的區(qū)域，至少與一個(gè)太陽能單元相聯(lián)系，就是說，第一區(qū)域在一天或多天的第一時(shí)間周期中與該太陽能單元相配合，而鄰近該第一區(qū)域的第二區(qū)域則在隨后的一天或多天的第二時(shí)間周期中與所述太陽能單元相配合。
9.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，特征在于，薄膜(4)分為不同的區(qū)域，各區(qū)域能夠與一年或半年的個(gè)別天數(shù)相聯(lián)系，最好是按365天或182或183天分為不同的區(qū)域。
10.按照權(quán)利要求8或9的設(shè)備，特征在于，多個(gè)太陽能單元(1a、1b、1c)沿縱列和橫列按柵格排列方式排列，和/或該光學(xué)主體分為多個(gè)分離的區(qū)域(4a、4b、4c、)，沿縱列和橫列按柵格排列方式排列，最好與太陽能單元的柵格排列對(duì)應(yīng)。
11.按照權(quán)利要求10的設(shè)備，特征在于，太陽能單元(1a、1b、1c)的柵格排列，和/或光學(xué)主體各區(qū)域(4a、4b、4c、)相對(duì)于跟蹤方向和/或光學(xué)主體(4)的運(yùn)動(dòng)方向，傾斜一銳角，最好傾斜0.25°，以補(bǔ)償一年中太陽位置的改變。
12.按照前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于，跟蹤裝置(5)有第一個(gè)裝置，最好是電動(dòng)機(jī)傳送裝置，最好是線性地，沿它的主伸延方向在第一跟蹤方向移動(dòng)該光學(xué)主體(4)。
13.按照前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，特征在于，跟蹤裝置(5)有第二個(gè)裝置，最好是電動(dòng)機(jī)傳送裝置，最好是線性地，沿與它的主伸延方向成角度關(guān)系，在第二跟蹤方向移動(dòng)該光學(xué)主體(4)，和/或繞與光學(xué)主體(4)主伸延方向平行的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
14.按照權(quán)利要求12或13的設(shè)備，特征在于，第一和/或第二傳送裝置的控制與一天的時(shí)間有關(guān)。
15.按照權(quán)利要求13或14的設(shè)備，特征在于，第一或第二傳送裝置的控制與一年的時(shí)間有關(guān)。
16.按照權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于，光學(xué)主體(4)采取柔性薄膜的形式，且傳送裝置采取薄膜傳送裝置的形式，其上至少有一個(gè)薄膜貯藏裝置，最好是鼓(51、52)，用于接收和/或送出薄膜。
17.按照權(quán)利要求16的設(shè)備，特征在于，設(shè)置第一鼓(52)，在跟蹤時(shí)把薄膜(4)繞起，還設(shè)置第二鼓(51)，在跟蹤時(shí)把薄膜(4)退繞，并且最好把一部分薄膜張緊，置于第一鼓和第二鼓之間的太陽能單元(1)上，該部分薄膜就是薄膜(4)在該位置的有效部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能裝備,包括太陽能單元和按衍射和/或折射方式工作的光學(xué)設(shè)備,借助該設(shè)備,引導(dǎo)入射太陽光垂直地射在太陽能單元上。借助一個(gè)跟蹤裝置,使該光學(xué)設(shè)備跟蹤太陽的位置。該光學(xué)設(shè)備使用不同光學(xué)作用的結(jié)構(gòu)從而性質(zhì)各不相同的部分組成的光偏折薄膜。由于跟蹤裝置的作用,該全息薄膜在跟蹤過程中相對(duì)于太陽能單元運(yùn)動(dòng),使該薄膜的不同部分相繼地進(jìn)入太陽能單元上的工作位置。
文檔編號(hào)H01L31/042GK1353819SQ00808192
公開日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月29日
發(fā)明者沃爾特·庫茲 申請(qǐng)人:雷恩哈德庫茲有限公司