[发明专利]太阳辐射的聚集器及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳辐射的聚集器(concentrator)装置，该装置具有用于通过全反射使太阳辐射偏转的光束分离器。而且，本发明涉及一种用于聚集和转换太阳能的装置，该装置具有所述聚集器和至少一个用于太阳能转换的装置。所述用于转换太阳能的装置例如为太阳能电池、太阳能模块或太阳能集热器。本发明所述的聚集器用于聚集太阳辐射，也可作为防晒板使用。

背景技术

在光电领域，多年来已采用多种方法聚集太阳辐射，以将太阳能电池材料用量降至最低并达到更高的效率。其原理基于如下事实：采用反光镜和/或透镜使太阳辐射聚集并将其引导至专用的聚集器太阳能电池上。因此，减少了光电活性表面(photovoltaically active surface)，并进而减少了昂贵的太阳能电池材料的必需量。由于使作用于光电活性表面的太阳辐射聚集，因此可以降低太阳能的成本。这尤其适用于具有高直接辐射成分的区域。

在本领域的技术发展水平中，使用折射元件(US 5,977,478)或金属反射元件或全反射元件(US 2007/0227582)将太阳辐射聚集到小面积的光电活性表面上。

对于更大尺寸的光电活性表面，例如具有150×150mm的标准表面积的标准太阳能电池或者具有1000×2000mm的典型表面积的标准太阳能模块，由于折射元件或金属反射元件不能实现紧凑的配置，故只在有限的程度上适用。构造于一侧的折射性的菲涅尔透镜(Fresnel lens)例如仅能实现最多40°的偏转角度。因此，比起透镜的尺寸，透镜平面与接收器平面的间距非常大。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种紧凑的聚集器，该聚集器可显著地降低与用于太阳能转换的聚集器耦合的装置的表面延伸。

具有权利要求1所述特征的聚集器以及具有权利要求14所述特征的用于聚集和转换太阳能的装置可实现上述目的。进一步的从属权利要求揭示了优选的方案。在权利要求18和19中提到了本发明的用途。

根据本发明，提出了一种太阳辐射的聚集器，该聚集器具有至少一个用于偏转太阳辐射的光束分离器。因此，该光束分离器在取向离开太阳辐射的一侧上具有通过全反射使入射至光束分离器上的太阳辐射在两个不同方向上偏转的构造。

本发明所述的光束分离器的构造使得入射的太阳辐射以大的偏转角度发生偏转，因此用于实现太阳能转换的活性表面可布置地距光束分离器很近，并从而使模块的排列非常紧凑。进一步的优点在于，尽管本发明所述的聚集器为平面设计，却能大量地避免遮光损耗。

该构造优选地包括在整个表面上周期性地重复的多个结构单元。

另一优选的替代构造包括多个不同的结构单元，各个结构单元相互配合，从而可将所述已偏转的辐射至少部分地聚集到活性表面上。

所述构造优选地设置成大致呈等腰棱镜的形式。从而，所述棱镜具有的底角范围为45°～75°，具体地为55°～65°。

优选实施例提出，透镜底角是不同的，从而引起所述已偏转的辐射至少部分地聚集。

所述光束分离器优选地包括可构造的基板，所述可构造的基板在400～1100nm的波长范围内具有至少85％的透射率。这里具体地包括玻璃和/或聚合物材料。在根据本发明的本变型中，所述基板的朝向至少一个光电活性表面的表面具有一种构造。

进一步的优选实施例提出，该光束分离器包括基板，该基板在400～1100nm的波长范围内具有至少有85％的透射率，该基板在朝向至少一个光电活性表面的基板表面上具有由聚合物材料构成的构造层。该聚合物材料优选地选自于包括氟聚合物、丙烯酸酯聚合物和/或硅酮聚合物的组。

此外，光束分离器优选地构造为：在整个表面上方，在垂直于该表面的平面方向上，具有大致相同的构造深度，该构造深度优选地处于10μm～20mm的范围内，尤其优选地在50μm～5mm的范围内。

从而，所述构造可以使用铸造、注射成型(injection moulding)、挤压成型(extrusion)和/或模压加工(embossing)而获得。

该光束分离器也可优选地设置成平面盘状或板状。

同样，该光束分离器具有在光谱上可选择的透射率，特别是在400～1100nm的范围中具有最大透射率，以利于在光电效应中可用的光谱成分。

本发明提出了一种用于聚集和转换太阳能的装置，该装置具有如前所述的至少一个聚集器以及至少一个用于转换太阳能的装置。因而，所述至少一个聚集器设置为将由光束分离器偏转的太阳辐射引导到至少一个用于转换太阳能的装置上。