[发明专利]增加太阳能收集器/集中器中的光收集角度范围

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2008年9月18日申请的题目为“增加太阳能收集器/集中器中的光收集角度范围(INCREASING THE ANGULAR RANGE OF LIGHT COLLECTION IN SOLAR COLLECTORS/CONCENTRATORS)”的第61/098,179号美国临时申请案(代理人案号QMRC.010PR)的优先权，所述临时申请案的全文特此明确地以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及光收集器及集中器的领域，且更明确地说，涉及使用微结构化薄膜以收集并集中太阳辐射。

背景技术

太阳能为可再生能源，其可被转化为其它形式的能量(例如热及电)。将太阳能用作可靠的可再生能源的主要缺点是将光能转化为热或电的低效率以及取决于一天中的时间及一年中的月份的太阳能的变化。

光伏(PV)电池可用以将太阳能转化为电能。使用PV电池的系统可具有介于10％到20％之间的转化效率。可将PV电池制造得非常薄，且PV电池不如使用太阳能的其它装置那样大而笨重。PV电池在宽度及长度上可在从几毫米到几十厘米的范围内。来自一个PV电池的个别电输出可在从几毫瓦到几瓦特的范围内。若干PV电池可经电连接及封装以产生充足电量。

太阳能集中器可用以收集并聚集太阳能以实现PV电池内的较高转化效率。举例来说，抛物面反射镜可用以收集光并将光聚集于将光能转化为热及电的装置上。其它类型的透镜及反射镜还可用以显著增加转化效率，但其不会克服取决于一天中的时间、一年中的月份或天气条件的所接收太阳能的量的变化。此外，利用透镜/反射镜的系统趋向于体积庞大且重量较大，因为有效收集并聚集太阳光所需的透镜及反射镜必须较大。

可将PV电池用于广泛范围的应用中，例如向卫星及宇宙飞船提供电力、向住宅及商业财产供电、对汽车电池及其它导航仪器进行充电。因此，对于许多应用，还需要这些光收集器及/或集中器在大小上紧凑。

发明内容

本文中描述的各种实施例包含用于收集/集中环境光并将所收集的光引导到光电池的光导。所述光导可包括一个或一个以上安置于光导前面的全息层。所述全息层可包含体积全息图或表面起伏特征。全息层可使以第一角度入射的光转向并以第二角度朝向多个棱镜特征重新引导入射光。所述棱镜特征可安置于光导的后面。可进一步重新引导入射于棱镜特征上的光，以便通过多次全内反射使光传播穿过光导。所述棱镜特征可包含反射光的刻面。在一些实施例中，所述刻面可相对于彼此成角度。所述光电池光学耦合到光导。在一些实施例中，光电池可邻近于光导而安置。在一些其它实施例中，光电池可安置于光导的一个角落处。在各种实施例中，光电池可安置于光导下方。在一些实施例中，光导可安置于衬底上。衬底可包含玻璃、塑料、电致变色玻璃、智能玻璃等。

本文中描述的各种实施例包含一种光收集装置。所述光收集装置包含用于导引光的构件，所述光导引构件具有顶部表面及底部表面。在各种实施例中，所述光导引构件经配置以通过所述顶部表面及所述底部表面处的多次全内反射而在其中导引光。在各种实施例中，所述光收集装置包含多个用于衍射光的构件，所述光衍射构件经安置以相对于所述光导引构件的顶部表面的法线以第一角度接收光。所述光收集装置可额外地包含多个用于使光转向的构件，所述光转向构件安置于所述多个衍射构件的后面。在各种实施例中，所述多个衍射构件经配置为以第二角度朝向所述多个光转向构件重新引导光。在各种实施例中，所述多个光转向构件经配置以使由衍射构件重新引导的光转向，使得通过从光导引构件的所述顶部表面及所述底部表面的全内反射而在光导引构件中导引光。在一些实施例中，光导引构件包含光导，或所述多个衍射构件包含多个衍射特征，或所述多个光转向构件包含多个棱镜特征。