[发明专利]发光太阳能集中器系统

说明书

技术领域

本发明涉及发光太阳能集中器（Luminescent Solar Concentrator）系统，其包括：具有发光材料的转换器元件，用于在光谱上转换入射光，特别是太阳光。而且，其涉及在发光转换器元件的帮助下收集和集中外部光（特别是阳光）的方法。

背景技术

WO 2009/067479 A2公开了一种具有模块化设计的发光太阳能集中器（以下简称“LSC”）。LSC包括具有特定曲线、凸形的波导瓦片，其包括发光材料，例如，荧光染料，用于吸收入射的太阳光以及将其以较长的波长来再发射。布置在瓦片周围处的光电池将它们从波导接收的光转换成电能。波导瓦片具有在50mm和250mm之间，优选地在130mm和160mm之间的边长，同时，它们的厚度优选地大约为3mm。

发明内容

基于该背景，本发明的目的是提供一种装置，用于高效且成本效益好地收集光能，特别地用于将太阳光转换成电能。

该目的由根据权利要求1的发光太阳能集中器（LSC）系统和根据权利要求2的方法来实现。从属权利要求中公开了优选的实施例。

根据本发明的发光太阳能集中器系统（或者简称LSC系统）被预期用于收集外部光，特别是太阳光。在许多情形中，所收集的光将被转换成电能，虽然也可以是所收集的光的其它应用。LSC系统包括以下主要元件：

a）光导元件，其包括用于将入射的外部光转换成较长波长光的发光材料。该光导元件以下将被称为“发光转换器元件”或者简化为“转换器元件”。转换器元件将进一步具有限定转换器元件的厚度D的相对表面。这些表面中的一个将在以下被称为“外表面”，因为其将是外部光可以通过其进入转换器元件的表面。其它的表面将因此被称为“内表面”。在许多应用中，外表面和内表面将基本上彼此平行。如果它们不平行，厚度D将被限定为这两个平面之间的平均距离。

而且，转换器元件的材料具有对于入射太阳光的吸收系数a_x，以及对于由其发光材料所发射的转换光（“发光的光”）的（再）吸收系数a_c。吸收和再吸收系数之间的比R=a_x/a_c于是是表征转换器元件的参数，其中，对于转换效率，R的高值（例如，≥10000）是理想的。

b）多个光提取元件，用于提取来自前述发光转换器元件、通过其内表面的光，其中，所述光提取元件位于提取位置处，所述提取位置彼此间具有平均距离W，所述平均距离W小于或者等于发光转换器元件的厚度的大约（R/10.0）倍，即，W≤0.1·RD。从发光转换器元件所提取的光将通常包括源自对外部光转换的发光的光以及直射的外部光。

要指出的是，在本发明的上下文中，“吸收系数”如通常限定为常数，其表征光强度I（z）在通过所考虑的材料行进距离z后根据公式I(z)=I₀·exp(-az)的指数减少。通过在所考虑的光（即，在a_x情况下为（标准）太阳光并且在a_c情况下为产生的发光的光）的完整光谱上的积分，系数的可能的波长依赖在该公式中被除去。在转换器元件的情况下，再吸收系数a_c也可以考虑散射损失。

所描述的发光太阳能集中器系统获得了高效率，因为光在多个提取位置处从发光转换器元件被提取，鉴于其吸收/再吸收特征，所述位置相对于转换器元件的厚度彼此间隔不太远。通过该几何形状的设计限制，由于光子的散射和再吸收，可以限制在转换器元件内部的损失。

本发明还涉及一种用于收集和集中外部光，特别是太阳光的方法，所述方法包括以下步骤：

a）通过发光转换器元件收集外部光，所述发光转换器元件具有在外表面和相对的内表面之间的厚度D以及在对于太阳光的吸收系数a_x和对于发光的光的再吸收系数a_c之间的比例R。

b）在提取位置处提取来自前述发光转换器元件、通过其内表面的光，所述提取位置彼此间具有平均距离W≤0.1·RD。

该方法以通常的形式包括可以利用以上所限定的LSC系统来执行的步骤。因此，请参阅关于本方法详细内容和优点的更多信息的以上描述。

以下，不同的优选实施例将被描述，其涉及以上所限定的LSC系统和方法。

在第一特定实施例中，在光提取位置之间的距离W的值进一步地限定为范围W≤0.05·RD，优选地，为在大约0.02·RD和0.05·RD之间的范围。