[发明专利]利用菲涅耳透镜和非成像次级光学的聚光光伏系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年2月23日提交的美国临时专利申请No.60/891,447 的优先权并且是其非临时申请。上述临时专利申请的全部内容通过引用出于全 部目的包含在此。

关于在联邦政府资助的研究和开发下进行的发明的权利的声明不适用于 本申请

背景技术

本发明一般涉及光学器件，尤其涉及结合非成像光学部件的光学系统。

产生电能的太阳能电池是非常公知的但是其实用性由于非常高的生产成 本而受到限制。例如，虽然大量的研究已经进行了多年，但是每千瓦时(Kwh) 的成本仍然是常规电能生产的约10倍。为了与风能或其它替代能源竞争，必 须大大改进太阳能电池的发电效率。

因此，需要提供克服上述和其它问题的光学系统和方法。尤其希望提供提 高太阳能收集效率的系统和方法。

发明内容

本发明提供将来自诸如太阳的远光源的光会聚到诸如太阳能电池的目标 器件上的系统和方法。

本发明各方面涉及将较高太阳光通量提供到多结太阳能电池或其它目标 电池以产生有效电输出的光学器件和系统。

根据一个方面，提供一种光学器件，其典型地包括：初级聚焦元件(primary focusing element)、以及具有入射孔(entry aperture)和出射孔(exit aperture) 的非成像次级聚光器(non-imaging secondary concentrator)。典型地，初级聚 焦元件被配置为把来自远光源的光聚焦到次级聚光器的入射孔上。在某些方 面，初级聚焦元件具有大于约1的f值，例如在1至4之间或更大。在某些方 面，该器件包括邻近次级聚光器出射孔定位的太阳能电池。在某些方面，初级 聚焦元件包括菲涅耳透镜。在某些方面，该菲涅耳透镜是平的、大致正方形的、 曲面的和/或折射的。

参考说明书的其余部分(包括附图和权利要求)将了解本发明的其它特征 和优点。本发明的更进一步的特征和优点，以及本发明各实施例的结构和操作 在下面结合附图进行详述。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的 元素。

附图说明

图1例示了根据一个实施例的光学器件。

具体实施方式

本发明提供将来自诸如太阳的远光源的光会聚到诸如太阳能电池的目标 器件上的系统和方法。

根据一个实施例，一种光学器件10包括初级聚焦元件20、以及具有入射 孔35和出射孔40的非成像次级聚光器30。在一个方面，初级聚焦元件20被 配置为对来自远光源的光聚焦到次级聚光器30的入射孔35上。入射孔35接 收的光被提供给出射孔40。在一个方面，诸如太阳能电池的目标器件45邻近 出射孔40定位以接收会聚光。目标器件45可在定义出射孔的平面之上或之下 定位，或者可基本上在该平面上定位，或者可与出射孔光耦合。

在某些方面，初级聚焦元件20包括透镜元件，该透镜元件具有大于约1 的f值，例如在1至4之间或更大。有用的初级聚焦元件20的一个例子是基 本上平的正方形菲涅耳透镜。其它有用的初级聚焦元件包括曲面的菲涅耳透 镜，非正方形的、平的菲涅耳透镜，菲涅耳反射镜，任何聚焦透镜，衍射透镜， 诸如平面镜的反射元件，全息透镜元件或任何其它聚焦光或重定向光的光学元 件。一个方面，例如由玻璃或PMMA或其它合适的透光材料制成的平盖22 被定位在初级聚焦元件的非成像次级聚光器相对侧之上或邻近其定位。盖22 为初级聚焦元件20或任何其它光学元件提供额外的环境保护，并且允许初级 聚焦元件20很薄，例如极薄层。

在某些方面，器件10还包括用于使聚焦到次级聚光器的入射孔上的光均 匀的装置。均匀化元件或系统的例子包括Kohler(柯勒)均化器、全息器件、 万花筒(kaleidoscopes)等。2007年3月8日提交的美国专利申请No.11/683,934 例示了有用的均匀化元件，该专利申请通过引用全文结合在此。另外，2005 年3月21日提交的美国专利申请No.11/084,882例示了有用的聚光器元件和其 它光学器件特征，该专利申请通过引用全文结合在此。