[发明专利]用于光能的集中、聚集和照明的紧凑光学装置

说明书

交叉参考相关申请

本申请要求2008年9月9日提交的美国专利申请No.12/207,346的优先权，后者要求2007年9月10日提交的美国专利申请No.11/852,854的优先权，引用其全文，并合于此。 

技术领域

本发明针对用于产生电能、热能和辐射能的太阳能集中器。更具体说，本发明针对一种太阳能集中器，该太阳能集中器使用折射与反射的组合和/或改变方向的光学装置，以便对来自多个集中器系统的太阳光进行集中和聚集。其他的应用包含使用紧凑的光学装置来发光和照明。 

背景技术

太阳能收集器已经为太阳光的收集和集中而研发了很长时间。增加周围太阳光的能量密度，能更有效的转换到有用的能量形式。已经研发了大批的几何结构和系统，但这类系统平庸的性能和高昂的成本不允许广泛使用。为了获得合适的性能和可制造性，需要对太阳能收集器加以改进。 

发明内容

集中器系统包含一些光学元件的组合，这些光学元件包括诸如折射和/或反射部件等的集中元件，折射和/或反射元件把太阳光方向改变为进入光波导，该光波导由许多台阶状反射表面构成，以便有效地聚集和集中进接收器单元(热的和/或光电的)以及其他常规能量转换系统。反射表面的几何结构连同光波导纵横比的控制能实现简便的处理，太阳光的收集和集中对各种商业应用最好是到邻接的区域上，这些商业应用包含太阳能电池装置、光管应用、热交换器、燃料生产系统、光谱分离器、以及其他供各种各样光学应用的光的二 次处理。 

本发明的这些和其他目的、优点和应用，及其操作的组织和方式，将从下面结合附图的详细描述中变得明白。 

附图说明

图1画出一般地按照本发明实施例构成的太阳能集中器； 

图2画出光波导一个实施例的断面视图，该光波导已在图1示意画出； 

图3画出光波导的直线型实施例的另一个断面视图，该光波导已在图1示意画出； 

图4画出光波导的旋转型实施例的另一个断面视图，该光波导已在图1示意画出； 

图5A画出波导的反射元件的第一边缘的形状；图5B画出波导的反射元件的第二边缘形状；图5C画出作为台阶状波导一部分的用于改变光方向的第一分离元件；图5D画出作为台阶状波导一部分的用于改变光方向的第二分离元件；图5E画出有多个与台阶状波导耦合的光管的系统；而图5F画出有嵌入式改变方向部件的波导； 

图6画出与波导耦合的弯曲的集中元件和弯曲的反射器； 

图7画出与波导耦合的弯曲的集中元件和两个平面的反射器； 

图8A画出与波导耦合的封闭的光学元件；而图8B画出图8A的光学元件与波导接合处部分的放大视图； 

图9A画出另一个与波导耦合的封闭的光学元件；而图9B画出图9A的光学元件与波导接合处部分的放大视图； 

图10A画出另一个与波导耦合的封闭的光学元件；而图10B画出图10A的光学元件与波导接合处部分的放大视图； 

图11A画出再一个与波导耦合的封闭的光学元件；而图11B画出图11A的光学元件与波导接合处部分的放大视图； 

图12画出对图2和6-11的光学系统的光线追迹结果； 

图13画出太阳能集中器或照明器实施例的另一个代表； 

图14画出常规系统的折射集中器部件； 

图15画出用于另一种常规系统的反射集中器部件； 

图16画出有主和副反射光学装置的卡西格林(Cassegrainian)集中器； 

图17对类似于图13的系统，画出光透射对接收角的关系； 

图18画出波导以反射器部件终止的实施例，该反射器部件使光的方向改变为朝向基座表面； 

图19画出图18的一种变化，这里集中器围绕对称轴被镜面化； 

图20画出图13实施例的一种形式，它有相对集中器倾斜的波导和改变方向元件； 

图21画出集中器和/或改变方向元件有变化的尺寸的实施例； 

图22画出使用光源代替接收器的光漫射的实施例； 

图23画出图4实施例的不同的变化，以实现横跨两根轴上的光集中； 

图24画出实现横跨两根轴上的光集中的又一个实施例； 

图25画出本发明太阳能集中器的不同的实施例； 

图26画出本发明太阳能集中器的又一个实施例；