[发明专利]聚光装置及其设计方法、聚光光伏发电装置

权利要求书

1.一种聚光装置，其包括一用来将外部光线会聚的聚焦透镜，其特征在于，该聚光装置进一步包括一二次透镜，该聚焦透镜和该二次透镜从上至下依序设置，该二次透镜包括一位于其顶部的第一光学面和一位于其底部中间位置的第二光学面，该第一光学面设置在该聚焦透镜的焦平面上，该第一光学面将由聚焦透镜射来的光线会聚到该第二光学面，该第二光学面将接收的光线透射到外部。

2.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该二次透镜进一步包括一底面和一外侧面，该外侧面与该第一光学面相接，该底面与该外侧面相接，该第二光学面位于该底面的中间位置。

3.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该二次透镜进一步包括一底面、一外侧面、一全反射面和一内侧面，该外侧面与该第一光学面相接，该底面与该外侧面相接，该底面为环行面，该内侧面与该全反射面、该底面都相接，该第二光学面和该全反射面成倒圆锥体结构，该全反射面为倒圆锥体的侧面。

4.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该二次透镜进一步包括一外侧面、一第一环形面、一第二环形面、一全反射面和一内侧面，该外侧面与该第一光学面相接，该第一环形面与该外侧面的底部和该内侧面的底部都相接，该第二环形面与该内侧面的顶部和该全反射面的顶部都相接，该第二光学面和该全反射面成倒圆锥体结构，该全反射面为倒圆锥体的侧面。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的聚光装置，其特征在于，该聚焦透镜为菲涅尔透镜。

6.根据权利要求5所述的聚光装置，其特征在于，在沿该菲涅尔透镜和该二次透镜的纵截面方向的二维坐标系里，该菲涅尔透镜的下表面包括多个锯齿 和多个端点，每一锯齿都是由一竖直线和一曲线构成，每一曲线都是以该菲涅尔透镜的焦点为一焦点，并且过一端点的双曲线。

7.根据权利要求6所述的聚光装置，其特征在于，该菲涅尔透镜的每个锯齿为相同的齿深或相同的齿宽。

8.根据权利要求6或7所述的聚光装置，其特征在于，在沿该菲涅尔透镜和该二次透镜的纵截面方向的二维坐标系里，该第一光学面的面型曲线是以该菲涅耳透镜的边缘左端点和该第二光学面的右端点为焦点，且过该菲涅尔透镜的焦点的笛卡尔卵形线。

9.一种聚光光伏发电装置，其包括一聚光装置和一光伏电池，该聚光装置包括一用来将外部光线会聚的聚焦透镜，该光伏电池用来接收光线并将光能转换为电能，其特征在于，该聚光装置进一步包括一用来匀光的二次透镜，该聚焦透镜和该二次透镜从上至下依序设置，该二次透镜包括一位于其顶部的第一光学面和一位于其底部中间位置的第二光学面，该第一光学面设置在该聚焦透镜的焦平面上，该光伏电池设置在该第一光学面的焦平面上，该第一光学面将聚焦透镜射来的光线会聚到该第二光学面，并通过该第二光学面透射到该光伏电池上。

10.根据权利要求9所述的聚光光伏发电装置，其特征在于，该聚光光伏发电装置还包括一封装装置和一跟踪装置，该封装装置用来将该聚光装置和该光伏电池封装在一起，该封装装置固定安装在该跟踪装置上，该跟踪装置根据不同时刻太阳的位置调整该封装装置的位置和角度。

11.一种聚光装置的设计方法，其特征在于，包括如下设计步骤：

步骤i：确定二次透镜的第一光学面在沿菲涅耳透镜和二次透镜的纵截面方向的二维坐标系中的面型曲线方程； 

步骤ii：将二次透镜的面型曲线绕该二维坐标系的纵轴旋转，得到二次透镜的三维结构。

12.根据权利要求11所述的聚光装置的设计方法，其特征在于，该设计方法在该步骤i之前还包括如下设计步骤：

步骤iii：确定菲涅耳透镜的入射角、高宽比、口径，以及二次透镜的第二光学面的口径。

13.根据权利要求12所述的聚光装置的设计方法，其特征在于，该设计方法在该步骤i之后还包括如下设计步骤：

步骤iv：根据光线追迹原理，确定二次透镜的第一光学面的口径和外侧面的高度。