[发明专利]菲涅尔聚光透镜

说明书

技术领域

本发明涉及菲涅尔聚光透镜，具体涉及透镜的表面齿槽结构。

背景技术

聚光光伏发电技术是公认的可降低光伏发电成本的有效途径。一个完整的聚光光伏发电系统主要包括复眼式聚光太阳电池组件、太阳跟踪器、电能存储或逆变设备等几部分。复眼式聚光太阳电池组件作为光电转换部件，主要由复眼式透镜聚光器和安装有光伏电池晶片的电路板所组成。其中，复眼式透镜聚光器包括多块平面阵列的聚光透镜，使用时通过太阳跟踪器使聚光透镜基本正对阳光照射方向，然后通过这些聚光透镜分别将太阳光汇聚并投射到电路板上与各个聚光透镜相对应的光伏电池晶片的接收面上，从而使各个光伏电池晶片中产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。公开号为CN101640502A的发明专利申请文件所公开的聚光太阳电池组件极具代表性。该电池组件中采用的点聚光菲涅尔透镜已成为业界公认的聚光透镜的最佳选折。仍有许多公开了采用聚光菲涅尔透镜作聚光透镜的聚光光伏发电技术的参考文献，在此不再赘述。

如图5a、图5b所示，现有的菲涅尔聚光透镜包括入射面3和出射面1，所述入射面3为平面，所述出射面1上设有多条凹陷的齿槽2，所述齿槽2包括起聚光作用的第一表面2a和与该第一表面相交的第二表面2b。当这些齿槽设计为同心的环形槽时，该聚光透镜可以将入射光线汇聚在一点上，即成为点聚光菲涅尔透镜；当这些齿槽设计为相互平行的直槽时，该聚光透镜可将入射光线汇聚在一条直线上，即成为线聚光菲涅尔透镜。受加工影响，连接于相邻两个第一表面首尾之间的第二表面的两端将不可避免的通过内圆角R1和外圆角R2与所述相邻两个第一表面连接；即便是高超的清角工艺也只能将内圆角和外圆角的半径控制在0.1毫米左右。此外，对于连接于相邻两个第一表面首尾之间的第二表面，如图5a所示，现有的菲涅尔聚光透镜多是将其设计为朝聚光透镜的焦点方向倾斜的形式，即使得第二表面2b面向聚光透镜的焦点一侧，这样设计的主要目的是使第二表面产生一定的拔模斜度，以满足透镜模具成型时的脱模要求；此外，也有的菲涅尔聚光透镜是将第二表面2b设计成与入射面垂直，即如图5b所示的情形。

总之，上述的菲涅尔聚光透镜一直存在光损失较大的问题。对于图5a所示的菲涅尔聚光透镜，从内圆角R1、外圆R2角以及第二表面2b这三个区域通过的光线将全部偏离透镜焦点，即从上述这三个区域通过的光线将全部损失；而对于图5b所示的菲涅尔聚光透镜，从内圆角R1和外圆角R2这两个区域通过的光线将全部偏离透镜焦点，即从这两个区域通过的光线全部损失，而由于其第二表面2b与入射面3垂直，因此可视为第二表面2b上未产生光损失。可见，虽然图5b所示的菲涅尔聚光透镜光损失较图5a所示的菲涅尔聚光透镜小，但由于内圆角和外圆角的存在，故图5b所示的菲涅尔聚光透镜的光损失问题依然有待改善。

发明内容

本发明旨在解决的技术问题是提供一种光损失较小的菲涅尔聚光透镜。

为此，本发明的菲涅尔聚光透镜包括入射面和出射面，所述入射面为平面，所述出射面上设有多条凹陷的齿槽，所述齿槽包括起聚光作用的第一表面和与该第一表面相交的第二表面，所述第二表面的两端分别通过内圆角和外圆角与相邻两个第一表面的首尾连接，且所述第二表面朝所述入射面方向倾斜以使通过该透镜的光损失小于当第二表面垂直与入射面时通过透镜的光损失。

由于第二表面朝入射面倾斜，即第二表面面向聚光透镜的入射面一侧，故第二表面与入射面之间的夹角为锐角。当第二表面与入射面之间的夹角较大(即第二表面倾斜程度偏小)时，相邻的内圆角和外圆角之间在透镜的径向方向上部分重叠，在重叠区域光线不通过外圆角，即外圆角上只有部分区域会产生光的损失，故整个菲涅尔聚光透镜的光损失相比当第二表面垂直与入射面时得以减小；当第二表面与入射面之间的夹角较继续减小时，最终可使光线完全不通过外圆角区域，且此时光线经第一表面偏折后亦不会通过第二表面，故对于整个菲涅尔聚光透镜而言，光线仅在内圆角区域产生损失，使得整个菲涅尔聚光透镜的光损失得以进一步减小；若第二表面与入射面之间的夹角较继续减小，达到使部分光线经第一表面偏折后仍能通过第二表面的程度时，此时第二表面倾斜程度偏大，整个菲涅尔聚光透镜的光损失将随之增大，但依然可以在一定程度内小于当第二表面垂直与入射面时而通过透镜的光损失。由此可见，本发明应优先选择使第二表面的倾斜程度以使光既不通过与该第二表面连接的外圆角也不通过该第二表面为宜；其次，若在不得不适当减小第二表面的倾斜度(如透镜材料所限等)的情况下，也可选择让第二表面的倾斜程度能够使光仅通过与该第二表面连接的外圆角的部分区域。