[发明专利]薄断面太阳能集中器

说明书

本申请要求2009年7月14日提交的且题为“Low Profile Solar Concentrator”的美国临时专利申请号61/270852的权益。2009年7月14日提交的美国临时专利申请号61/270852在此引入以供参考。

技术领域

本发明涉及太阳能，并且具体地涉及太阳能的收集。更具体地，本发明涉及用于收集和转换太阳能的机构。

发明内容

本发明是薄断面(low profile)太阳能聚集器(solar collector)。该聚集器可以具有多个会聚透镜，其在柔性板上紧密地结合在一起形成阵列。透镜可以把光聚焦到诸如光波导之类的光传送机构上，该光传送机构把光从聚集器透镜传送到板边缘处的一个或多个光-电转换器(诸如光伏电池或太阳能电池)。这些透镜可以可选择地把光聚焦到光-电转换器上。导体可以把电从光-电转换器传送到板边缘处的电连接块。柔性板可以是卷的、折叠的或者适配到非平面表面上的形式。具有多个会聚透镜的两个或多个薄断面太阳能集中器(solar concentrator)可以被组合以形成更大的太阳能聚集板。

附图说明

图1是具有会聚透镜阵列的太阳能聚集器板的说明性示例的图示；

图2是图1中的聚集器板的组件的图示；

图3是具有六边形形状的聚集器透镜的阵列的图示；

图4是六边形形状的示例聚集器的图示；

图5是具有方形聚集器透镜的示例阵列的图示，该方形聚集器透镜具有与用于图1中的聚集器板的光聚集与转换配置不同的光聚集和转换配置；

图6是指示图5中所示的阵列的每个透镜及其相关组件的各方面的图示；以及

图7是被放置在一起以形成更大的光聚集板的多个光聚集器模块或板的图示。

具体实施方式

在大规模的太阳能光伏(PV，Photovoltaic)功率转换实现方式中使用的许多当前太阳能集中器结构可以使用在若干英寸到英尺或米的量级的巨型光学设备(bulk optics)上。

虽然也许可能在便携式尺度上使太阳能集中器结构微型化，但是形状可能以典型的庞大容积测定形式，即典型地可能包含类似的厚度和横向尺寸。不容易的或不明显的是：把太阳能集中器结构实现在大面积板中，或者实现成易于携带包或具有柔性形状因素。

本方案可以涉及在光学域中创建太阳光聚集系统。该系统不增加厚度且不显著增大PV(光伏)电池(光-电转换装置)的大小的情况下可以被横向缩放。最终结果是构思“板”形式的太阳能集中器，其可以是柔性的、轻质的且坚固耐用的，并且可以大面积地聚集光，并且把聚集的光“折叠”在聚集器“板”内(例如折叠到边缘)且强度增加，然后使用在聚集器板的边缘(例如侧杆)处的窄条带的太阳能PV电池(减小系统总成本)把光转换成电功率。

本方案可以具有独特的结构特征。其可以具有以轻质塑料(具有到焦点12的小焦距h 52)实现的低f#(例如＜1)但较小大小的会聚透镜(直径D 51在～mm范围内，例如大小为10到30mm)。对于薄断面而言，其可以具有“h＜D”。对于薄断面(图1中透镜11到点12的焦距)，可以存在与高NA(例如数值孔径≥0.5)波导(玻璃或塑料)耦合以从侧边“用管道输送”光的透镜。可以存在交错的2D透镜阵列以及1D波导(WG，waveguide)阵列以形成带有相对大面积但具有总体小断面的光聚集器“板”。光输出可以被集中到该板的侧面并且被耦合到窄条带的高效(其可以是晶体)太阳能电池。

光学聚集器板可以使用柔性、坚固耐用且未电连接(即非传导)的轻质光学材料来实现。能量转换可以在板边缘处的狭窄区域内发生，并且使得对昂贵晶体半导体(例如多结的Si、Ge、GaAs、InGaP或其组合)太阳能电池的使用最小化。

聚集器板49可以具有位于会聚透镜41的焦斑12附近的太阳能电池47并且具有从电池延伸到板边缘的电线(图5和图6)。这些电线可以以期望的配置进行连接以用于电功率输出。