[发明专利]太阳能到电能和/或热能的转换

说明书

本申请是申请号为200880001856.3、发明名称为“太阳能到电能和/或热能的转换”、申请人为艾德泰克有限公司的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及对太阳能到电能和/或热能的转换的改进。更具体地，本发明提供了一种反射镜和透镜/棱镜的系统，用于经济地聚集太阳能并将其转化为电能和/或热能。

背景技术

三十多年来，太阳能已经成为理想的能源。然而，成本一直是其广泛应用的一个障碍。最熟知的太阳能系统包括覆盖足够的面积或截获足够的入射阳光的大量的太阳能电池，用于在百分之十到十五(10％-15％)的相对低的转换率的情形下获得需要的量的电力。这种方法需要大面积的昂贵的半导体太阳能电池。至今为止，如果没有某种成本补贴这种系统是缺乏竞争力的。通常，太阳能系统的昂贵的成本主要归因于被称为太阳能电池的半导体转换器件的成本和所需要的数量。已有几种方法用于减轻成本问题。一种方法是制造仅使用最少量的半导体材料的薄膜太阳能电池。遗憾地，这种方法产生了更低的效率，百分之六到八(6％-8％)并且材料被证实是存在问题的。第二种方法是使用诸如菲涅耳透镜或反射镜的多种光学器件，来将太阳能聚集成更高的强度并且之后使用较小面积的昂贵的太阳能电池将其转换。所有这些方法都已经并且正在被研究。至今，如果没有由公用事业或政府机构提供的某种财政激励，任何方法都没有导致经济的太阳能的产生。需要一种更经济的方式用于收集太阳能并将其转换为电和/或热能。本发明的主要目的就是满足这种需要。

发明内容

本发明的太阳能收集系统包括主反射镜和副反射镜。主反射镜具有被构造并定位以接收太阳能并将其朝焦点聚焦的凹镜面表面。副反射镜具有被构造并定位以接收来自主反射镜的已聚集的太阳能并将其聚焦于环形接收器上的凸镜面表面。

在一个实施例中，环形接收器包括光学元件的环形阵列，其被构造以将被副镜面表面接收的太阳能聚焦到离散区域的环(a ring of discreet areas)上。在本发明的一个应用中，太阳能到电能转换单元环被定位于离散区域的环上。

在优选形式中，主反射镜的凹镜面表面是大致抛物线形。副反射镜的凸镜面表面是被改变用于将太阳能重新聚焦于环形接收器上的双曲线形表面。

在优选形式中，环形接收器包括透镜/棱镜的图案，其被布置以进一步聚集太阳能并将其传递到光伏电池的环形阵列上。

本发明还包括制造主反射镜和副反射镜的方法。它还涉及副反射镜与光学集中器之间和光学集中器与光伏电池系统之间的关系。光伏电池在系统中起到双重作用。它们吸收被聚集的阳光并将它的一部分转化为电能，和将一部分转化为热或热能。因此，它既作为电产生器又作为热产生器。为了有效地实现这两种作用，利用具有足够宽带隙的半导体材料制造光伏电池以在相对高的温度下保持有效的电转换。一般来说，半导体材料带隙越宽，光伏电池效率随着温度升高，衰减越少。取决于产生电和产生热的相对重要性，需要对考虑的应用进行折中。

本发明的一个方面是提供一种由具有弯曲的镜面表面的薄金属主体构成的反射镜，所述镜面表面包括在所述金属主体表面上的聚合物层，在聚合物层上的反射金属层，和在金属层上的薄玻璃层。这种构造可被用于主反射镜和副反射镜。

在优选形式中，反射镜的薄金属主体由铝合金片形成。尤其适合的合金为已经硬化到T-6状态的铝合金6061。薄金属主体被形成为所需形状，之后在聚合物层、反射金属层和薄玻璃层被相继施加到其上时进行旋转。

在优选实施例中，副反射镜的镜面表面为凸表面，所述凸表面被制定形状以使其将其接收的光/热能反射并聚焦到环形聚焦区域上。

本发明的系统很好地适合于具有单和多串联结的宽带隙光伏电池。至今，由宽带隙材料制造的且处于多结配置的光伏电池的成本已经阻止其在陆地应用中的使用。本发明的集中器系统提供了极高的光强度并允许使用小的、经济面积的光伏电池。