[发明专利]为太阳能集中器均质化光导管的结构和方法

说明书

背景技术

本发明涉及光学设备，更具体而言，涉及用于诸如太阳能集中器(solar concentrator)的光集中的光学装置，及操作其的方法。

集中器光伏(CPV)系统使用光学设备来将光线聚焦到小的光伏接收器上，它是高效的光伏电池。在最有效的系统中，例如，接收器可以是多结(multiple junction)光伏电池。每个CPV电池的光学系统将日光的色谱分为光谱的多个颜色(或波长)区。该光谱的每个区在将该光谱区的光能最有效地转化为电能的被选中区域中被吸收。典型地，多结光伏电池中的每个不同的结被优化为给聚焦到该结的波长成分提供高转化效率。

发明内容

提供了一种可被用于集中器光伏(CPV)系统的光导管。光导管通过漫射和/或折射来均质化(homogenize)光线，并且可以在比依赖于其中的反射来均质化光线的现有技术的光导管具有更低高宽比(aspect ratio)的结构中实现。漫射和/或折射可以通过构成光导管体的透明介质的凹面或凸面、通过光衍射颗粒并/或通过衍射表面来实现。可选地，可以使用多个透明介质，在其间具有折射和/或衍射界面。降低的光导管高宽比可以提高CPV系统中的机械调准(alignment)的可靠性，并降低制造和/或在CPV系统内调准光导管的成本。

根据本公开的一个方面，提供了一种包含至少一个光导管的结构。光导管包括光透明材料，并且在顶部具有入射表面且在底部具有出射表面，其分别被配置为通过至少一对侧壁提供光线的入射和出射，该对侧壁之间具有随入射表面到出射表面的距离单调递减的宽度，并且被配置为在光导管内部提供光线的内部反射，其中在光导管上提供了非平面的表面，且该非平面的表面被几何地构形为衍射或折射撞击到其上的光，其中，通过光在非平面表面上的衍射或折射，光强度在光导管的底部表面处被均质化。

根据本公开的另一个方面，提供了一种从辐射源产生电能的方法。该方法包括：提供包括聚焦元件、光导管和光伏电池的结构；以及使用聚焦元件将光线从光源引导至光导管。光导管包括光透明材料，并具有至少一对侧壁，该对侧壁之间具有随入射表面到出射表面的距离单调递减的宽度。在光导管上提供了非平面的表面，且该非平面的表面被几何地构形为衍射或折射撞击到其上的光线。通过光在非平面表面上的衍射或折射，光强度在光导管的底部表面处被均质化，并且光伏电池由具有均质化强度的光辐射来产生电能。

在一个实施例中，具有在其间具有随入射表面到出射表面的距离单调递减宽度的侧壁的光导管的入射表面包括至少一个在光导管内扩散入射光的凹面。折射的光线随后从在其间具有随入射表面到出射表面的距离单调递减宽度的侧壁反射到光导管的出射表面。光导管可以通过模塑(molding)构造。

在另一个实施例中，光导管的入射表面被提供了小的衍射透明球，其产生总体光路径的漫射或随机化。

在又一个实施例中，光导管的入射表面包括全息表面或提供光折射或漫射的光栅。

在再一个实施例中，衍射透明球被随机嵌入到整个透明主体材料中。

附图说明

图1A是根据本发明实施例的示例性集中器光伏(CPV)系统的组件图。

图1B是根据本发明实施例的示例性CPV系统的装配图。

图2是图1A和1B中的示例性CPV系统的各元件的几何形状的示意图。

图3是第一示例性光伏组合件的垂直截面图。

图4是第二示例性光伏组合件的垂直截面图。

图5是第三示例性光伏组合件的垂直截面图。

图6是第四示例性光伏组合件的垂直截面图。

图7是第五示例性光伏组合件的垂直截面图。

图8是第六示例性光伏组合件的垂直截面图。

图9是第七示例性光伏组合件的垂直截面图。

图10是第八示例性光伏组合件的垂直截面图。

图11是第九示例性光伏组合件的垂直截面图。

具体实施方式

如上所述，本公开涉及用于诸如太阳能集中器的光集中的光学装置，以及操作其的方法，现在将参考附图进行更详细地描述。在图中，相同的参考标号或字母表示类似或相同的元件。附图不一定是按比例画出的。

如这里所使用，如果对于变量的任意给出的一对较小值和较大值，变量的较大值的函数值不大于变量的较小值的函数值，则该函数随变量“单调递减”。